Мосин стал работать в мастерской стрельбища Ораниенбаумской офицерской стрелковой школы. В феврале 1890 года, после почти четырёх месяцев упорного труда, Мосин сконструировал винтовку собственного образца с магазином трапециевидной формы, с отгибаемой дверцей и прикреплённым к ней подъёмным механизмом. Затвор особой конструкции был снабжён боевой личинкой с симметричными выступами и соединительной планкой, которая, устраняя необходимость особых винтов, допускала сборку и разборку его без употребления отвёртки. К ствольной коробке была приспособлена пружина-отсечка, устранявшая одновременную подачу в магазин двух патронов и служившая также отражателем.
В основных чертах оригинальная система будущей знаменитой трёхлинейной винтовки Мосина уже полностью определилась в данном образце. Она была уже тогда настолько продумана и целесообразна, что последний образец винтовки Мосина, принятый на вооружение, по существу очень мало отличался от первых. Свою работу над созданием образца винтовки Мосин продолжил в Туле.
Необходимо отметить замечательную простоту сложнейших технических решений, свойственную Мосину, как и другим выдающимся представителям русской технической мысли. Эта простота блестяще проявилась в разрешении таких труднейших технических задач, как конструкция затвора и особенно устройство отсечки-отражателя. Отсечка-отражатель, предложенная Мосиным, впервые удачно разрешала вопрос о правильной подаче патронов в однорядном магазине, заряжавшемся из обоймы. Этого результата не смогли достичь самые опытные иностранные конструкторы.
По сравнению с принятыми тогда образцами скользящих поворотных затворов в иностранных винтовках (Лебель, Маузер, Манлихер) затвор Мосина отличался большей простотой устройства, надёжностью при запирании и удобством в эксплуатации. Особенно сильно сказывались преимущества в конструкции магазина и оригинальный способ отсекания патрона. Созданная Мосиным конструкция винтовки стояла по своим техническим и боевым качествам безусловно выше современных ей иностранных образцов и была новым свидетельством преимуществ и гениальности русской технической мысли.
В то время когда Мосин находился в Туле, бельгийский фабрикант и конструктор оружия Наган представил комиссии свои новые образцы винтовок. При испытаниях винтовок Нагана, проведённых весной 1890 года в присутствии конструктора, они давали заклинивание патронов и «не имели приспособления, отстранявшего несвоевременный выход двух патронов из магазина».
Комиссия уже имела винтовку Мосина, которая по своим качествам явно превосходила винтовку Нагана. Казалось бы, на мосинской винтовке комиссии и следовало сосредоточить всё внимание. Но свойственное господствовавшим классам царской России преклонение перед иностранщиной дало себя почувствовать и здесь. Многие члены комиссии мало верили в успех русского конструктора и считали, что подходящую для перевооружения русской армии винтовку следует искать за границей. Русская школа оружейной техники оформлялась в упорной борьбе с иностранным влиянием, которое особенно сильно чувствовалось в этой области из-за общей технической отсталости царской России.
Разработку магазинной винтовки под новый русский патрон военный министр генерал Ванновский — типичный представитель правящей царской бюрократии, близкий к Александру III, — приказал поручить иностранцу Нагану.
Мосину было только разрешено представить свою винтовку для сравнительных испытаний с винтовкой Нагана.
Военное министерство явно предпочло известному русскому конструктору заезжего иностранца. Оно дало Нагану достаточно широкие обещания в отношении принятия винтовки именно его системы.
Наган — крупный капиталистический хищник — ставил себе далеко идущие цели. Он не только хотел навязать России оружие своей системы, но и заполучить в свои руки его производство. Это обещало ему огромные прибыли и должно было поставить русское правительство в полную зависимость от иностранцев в снабжении армии оружием, создавало прямую угрозу для обороноспособности нашей страны.
Мосин трудился бескорыстно во имя интересов Родины. Он отдавал все свои знания, силы на то, чтобы дать русской армии надёжную винтовку, которую могли бы успешно изготовлять наши отечественные заводы без назойливой опеки иностранных дельцов, враждебных интересам России.
Комиссия, ознакомившись с винтовкой Мосина, предложила ему внести некоторые изменения. Меньше чем через месяц Мосин сделал это. В марте 1890 года исправленные винтовки уже проходили предварительные испытания. 22 марта Мосин был откомандирован в Тулу, с тем «чтобы по окончании изготовления в этом заводе трёх проектируемых им малокалиберных ружей снова явился в Петербург для присутствия при испытаниях».