Уже в 1866 году на вооружение поступили 4- и 9-фунтовые казнозарядные орудия, стволы которых отливались из высококачественной бронзы (90% меди и 10% олова). Конструктивно орудия образца 1867 года состояли из конической дульной, цилиндрической средней и утолщенной затворной, или казенной, части. В последней находилось гнездо для запирающего механизма затвора. Канал же ствола последовательно разделялся на затворную часть, гладкостенную камору и нарезную часть, в которой имелось 12 нарезов постоянной крутизны и глубиной 2,5 мм. При этом ширина между полями уменьшалась к дулу. С увеличением калибра число нарезов возрастало — так, в стволе 9-фунтовой бронзовой пушки их было 16. Такая нарезка именовалась клиновой и применялась на орудиях, стрелявших продолговатыми снарядами со свинцовой оболочкой.

Главным отличием орудий образца 1867 года от таких же нарезных, но дульнозарядных, был механизм затвора, перемещавшийся в горизонтальном направлении, благодаря которому они заряжались с казенной части. Верхняя и нижняя грани затвора были параллельны, а задняя плоскость сужалась в право, что облегчало движение механизма в клиновидном гнезде. Действия расчета при стрельбе облегчал винт с рукояткой. Его нарезная часть плотно входила в вырезы казенной части и надежно запирала ее при выстреле, не позволяя пороховым газам вырываться из каморы через затвор.
Перевооружение артиллерии на новую материальную часть сопровождалось заменой сферического снаряда продолговатым.

Внедрение нарезных, казнозарядных орудий заставило ученых артиллеристов срочно заняться вопросами их практического применения. В 60–70-х годах профессор Владимир Николаевич Шкларевич выпустил ряд фундаментальных трудов, в том числе «Элементарный курс артиллерии», в котором впервые изложил некоторые аспекты теории вероятностей и территории стрельбы из орудий образца 1867 года и последовавших за ним артсистем.