Первоначально Фёдоров, как и многие другие изобретатели, работал над автоматизацией винтовки Мосина. Но удовлетворить поставленным требованиям, в основном по весу, оказалось невозможным без коренной переделки конструкции. Целесообразнее было делать всю винтовку заново. Занимаясь доводкой своей винтовки, Фёдоров вынашивал идею создания автоматического пехотного оружия следующего поколения. Главное, что давало возможность улучшить характеристики оружия, это уменьшение калибра. Опыт недавней русско-японской войны подтвердил правильность такого подхода. Японская армия и некоторые другие армии того времени (румынская, итальянская, нидерландская, греческая) были вооружены винтовкой калибра 6,5 мм. Фронтовые офицеры отмечали, что значительной разницы о действии пуль русской и японской винтовки за исключением близких дистанций обнаружено не было. Фёдоров провел длительные работы по проектированию и испытанию патронов малых калибров начиная с 5,5 мм. В итоге исследований он остановился на калибре 6,5 мм и спроектировал патрон с гильзой без закраин (в противоположность крайне неудобной гильзе с закраинами винтовочного патрона трехлинейки), Пули малых калибров обладали повышенной начальной скоростью, так как с уменьшением диаметра канала ствола появлялась возможность поднять давление пороховых газов, практически не увеличивая вес оружия. Высокая начальная скорость и снижение сопротивления воздуха полету пули уменьшенного калибра привели к значительному росту дальности прямого выстрела, это упрощало прицеливание. Новый патрон дал возможность увеличить боезапас стрелка, уменьшил отдачу оружия. В 1913 году Фёдоров изготовил два экземпляра облегченной и уменьшенной автоматической винтовки под свой патрон калибра 6,5 мм. Давление в стволе стало возможным поднять с 2750 до 3500 атмосфер. Высокая начальная скорость пули позволила уменьшить длину ствола и сократить размеры оружия примерно до одного метра. По своим боевым качествам новое оружие оказалось промежуточным между автоматической винтовкой и ручным пулеметом, поэтому по предложению изобретателя решено было дать ему и новое наименование — автомат. На фото: Красноармейцы с автоматами Фёдорова во время Зимней войны с Финляндией.

Начавшаяся в 1914 году война приостановила работы над автоматическим оружием. Перед войной считалось, что накопленных запасов военного снаряжения вполне достаточно для ее победоносного окончания. Производством оружия, боеприпасов и военного снаряжения в мирное время занимались лишь 17 специализированных заводов, преимущественно казенных. Винтовки выпускали на Тульском, Сестрорецком и Ижевском заводах. Загрузка военной промышленности составляла 10—15 процентов их мощности — ровно настолько, чтобы поддержать производство. Это приводило к утечке квалифицированных кадров. Малые объемы производства не позволяли создать запасы сырья и полуфабрикатов. Поэтому с началом войны обнаружилась катастрофическая нехватка вооружения. Положение осложнялось еще и тем, что специалисты были мобилизованы в действующую армию. На фронте оказались и конструкторы, работавшие над автоматическим оружием. С большими трудностями началась перестройка промышленности на военные рельсы. Были возвращены на заводы рабочие и инженеры, в их числе Фёдоров и другие оружейники. К концу 1915 года нехватку всех видов военного снаряжения в основном преодолели. Исключение составили орудия крупных калибров и винтовки Поэтому нехватку попытались компенсировать импортом, В числе прочих образцов были закуплены и японские винтовки «Арисака» калибра 6,5 мм. Некоторое количество этих винтовок имелось также и после русско-японской войны. Естественно, поступали не только сами винтовки, но и боеприпасы, а так как производство своих боеприпасов калибра 6,5 мм в России не было развернуто, автомат переделали под более слабый японский патрон.

Первой партией нового оружия, которое сам Фёдоров назвал автоматом, вооружили специальную команду 189-го Измаильского полка, и 1 декабря 1916 года отправили ее на Румынский фронт. В боях быстро выяснилось, что автоматом во многих случаях можно с успехом заменить ручной пулемет. Вскоре появились предложения увеличить толщину стенок ствола (как у ручного пулемёта) с тем, чтобы он не перегревался при стрельбе длинными очередями. Реализация предложения означала создание сверхлегкого ручного пулемета, пригодного для вооружения едва ли не всех пехотинцев. Во время войны эти работы закончены не были, их завершили в конце 20-х годов. В середине войны было принято решение о строительстве в Коврове завода по производству автоматического оружия. Специальная комиссия отобрала образцы для испытаний. Остановились на автомате Фёдорова и ручном пулемете датской фирмы «Мадсен». Решение это прозвучало довольно неожиданно, так как еще в войну 1905 года опыт применения датских пулеметов в русской армии (а их было довольно много — около 1000 штук) оказался отрицательным. Работы на концессионных началах вели датские специалисты, которые после революции вернулись обратно в Данию. Вскоре после Октябрьской революции Фёдорова направили в Ковров для продолжения работ по выпуску автоматов. Шел 1918 год. На заводе Фёдорова избрали директором — тогда эта должность была выборной. Заведующим же опытной мастерской назначили Дегтярева. Уже в следующем году автомат запустили в серийное производство, а в 1924 году приступили к работам по созданию унифицированного с автоматом ряда пулеметов — ручных, авиационных, зенитных, танковых. Автоматы Фёдорова стояли на вооружении до конца 1928 года, но вдруг в этом самом 1928 году к пехотному оружию было выдвинуто чрезмерное, как потом выяснилось, требование, чтобы оно могло бронебойными пулями поражать бронированные цели. Так как пуля 6,5 мм пробивала несколько меньшую броню, чем винтовочная пуля 7,62 мм, автомат решили снять с производства, а вместо него усилить работы по созданию автоматической винтовки. Кроме того, запасы японских патронов не были безграничны. Развёртывать же собственное производство нового типа патронов тогда посчитали экономически нецелесообразным. Последним боевым применением автомата Фёдорова стала советско-финская война — тогда имеющиеся на складах экземпляры передали в войска, чтобы компенсировать нехватку пистолетов-пулемётов. Есть сведения, что некоторые экземпляры приняли участи также и в битве под Москвой. Автомат Фёдорова, 1916 г. Калибр – 6,5 мм. Длина – 1000 мм. Длина ствола – 520 мм. Патрон 6,5×50 мм Арисака (三十年式実包). Гильза имела и фланец, и проточку. Пороховой заряд – 2,15 г. Масса пули – 9,02 г. Начальная скорость – 660 м/с. Ёмкость магазина – 25 патронов.