Ближайшей задачей Мосина была организация производства его винтовки на Сестрорецком заводе. Здесь, как и в Туле, Мосин опирался на местных мастеров-оружейников этого старейшего завода, созданного еще Петром I в 1721 году.
Заслуженным уважением среди рабочих инструментального завода имени Воскова (бывшего Сестрорецкого оружейного) всегда пользовались те старые рабочие, ветераны производства, которые когда-то работали над изготовлением первой массовой партии трёхлинейной винтовки под непосредственным руководством С.И. Мосина. Это были М.Д. Щукин, Н.Е. Романов, В.Г. Фирфаров, И.А. Федотов, И.И. Соколов, Ф.Ф. Карелин, И.К. Фирфаров, В.О. Викман, А.М. Кочерегин, А.А. Васильев, Н.И. Перфильев.
Первая винтовка массового производства Сестрорецкого завода в связи с пятидесятилетием её изобретения была передана рабочими завода Ленинградскому артиллерийскому историческому музею, в экспозиции которого находится и сейчас.
Мосин тщательно следил за организацией и ходом производства, которое благодаря его усилиям было поставлено образцово. Как вспоминает генерал-лейтенант В.Г. Федоров, лично знавший его в те годы, Мосин заслуженно гордился блестящей организацией дела и качеством изготовляемого оружия. Работы по производству трёхлинейной винтовки выдвинули Сестрорецкий завод в число передовых предприятий.
Хорошо понимая огромное значение обеспечения полной взаимозаменяемости деталей, Мосин уделял большое внимание организации на заводе лекального хозяйства. По настоянию Мосина инструментальный отдел был переведён из Петербургского трубочного завода в Сестрорецк. Здесь развернулось производство необходимых лекал, шаблонов, которыми завод обеспечивал в то время все другие предприятия артиллерийского ведомства. Лекальная мастерская была любимым детищем Мосина. Изготовление лекал, организованное Мосиным, несомненно, способствовало дальнейшему развитию навыков в точных работах, которыми и сейчас славится Сестрорецкий завод имени Воскова.
Развертывавшееся производство трёхлинейной винтовки потребовало значительного переустройства завода. Под руководством Мосина была проведена реконструкция гидротехнических сооружений, использована электрическая энергия.
Выдающуюся роль Мосина в деле укрепления боеспособности русской армии должно было признать даже царское правительство. За труды по перевооружению армии Мосину в 1897 году было объявлено «особое благоволение» и выдана денежная награда.
9 апреля 1900 года С.И. Мосин был произведён «за отличие по службе» в генерал-майоры с утверждением в должности начальника завода. Мосин продолжал руководить заводом, оставаясь таким же, как и прежде, неутомимым, требовательным, но простым и отзывчивым к окружающим.
Производство его винтовки было образцово освоено русскими заводами. На Всемирной Парижской выставке 1900 года даже враждебные интересам России иностранцы должны были признать мосинскую винтовку (наряду с другой продукцией русских оружейных заводов) достойной высшей награды.
Когда перевооружение русской армии трёхлинейной винтовкой подходило к концу, главное артиллерийское управление решило провести на Сестрорецком заводе сокращение рабочих. Мосин понимал значение для оружейного дела старых квалифицированных кадров и проявлял о них заботу.
В особом рапорте главному артиллерийскому управлению в 1902 году Мосин писал: «Вследствие малого наряда винтовок на 1902 год число рабочих придётся сократить ещё человек на 250–300. Главному артиллерийскому управлению известно, что сестрорецкие оружейники исключительно существуют заработком на оружейном заводе. При отсутствии в селе кустарного промысла и сельского хозяйства всякое уменьшение работ в заводе сейчас же отражается на их заработке и начинает вызывать нужду. Как, следовательно, трудно сестрорецкому оружейнику пережить то время, когда он в заводе не имеет никакого заработка.
Чтобы облегчить положение сестрорецких оружейников, остающихся без дела за сокращением работ в заводе, прошу главное артиллерийское управление рекомендовать орудийному и трубочному заводам брать их к себе на работу. Названные заводы по случаю предстоящих усиленных работ будут увеличивать и число рабочих. В этом случае оставшиеся без работы… были бы очень полезны тем заводам, так как с лице их заводы имели бы уже вполне опытных рабочих…».
Мосин настойчиво стремился подготовить новых специалистов, вооружить их глубокими практическими знаниями. Генерал-лейтенант В.Г. Федоров в качестве слушателя артиллерийской академии, в 1898 году проходивший производственную практику на Сестрорецком заводе, говорит: «Мосин заставлял нас глубоко вникать в сущность производственных процессов, серьезно знакомиться с технологией, заниматься кропотливым изучением рабочих чертежей, заставлял проставлять на размерах определённые допуски, изучать проектирование калибров. Одним словом, мы работали как самые настоящие техники и инженеры, забыв о том, что на наших плечах красуются погоны. Это было нечто новое. Далеко не повсюду, к сожалению, молодые офицеры проходили такую хорошую производственную школу».