Модернизации предшествовала немалая экспериментальная работа. Еще в 1926 г. конструкторы Сверчков, Шанин и другие предложили комплекс изменений для упрощения производства пулемета — изменения вносились в затвор (замок), приемник, спусковой механизм, крышку короба и другие детали. Модернизация станкового пулемета стала одной из главных задач ПКБ Первых Тульских оружейных заводов. Кроме П.П. Третьякова и И.А. Пастухова в модернизации участвовали К.Н. Руднев, А.А. Троненков и другие. Работа по модернизации шла в сотрудничестве с Научно-испытательным оружейно-пулеметным полигоном, и в 1929 г. была выпущена опытная партия пулеметов. Использовали ряд конструктивных решений, предложенных еще при разработке туляками «легкого» пулемета в 1912–1913 годах. Любопытно, что на этих пулеметах появилось широкое водоналивное отверстие кожуха ствола, но тогда это изменение не было принято для серийного производства.

Расчет пулемета «Максим» на учениях. Начало 1930-х гг. Обратим внимание на маскировочную окраску щита

Модернизацию ускорило принятие на вооружение нового патрона с тяжелой дальнобойной пулей Д (системы Добржанского и Смирнского) с максимальной дальностью полета 5 км. Это заставило существенно изменить прицел пулемета «Максим». Новый прицел позволял поражать цели на больших дистанциях, чем прежде. Более того, «Максим» оснастили оптическим прицелом и угломер-квадрантом для ведения огня на большие дальности полупрямой и даже непрямой (по отметке — реперу) наводкой. Те же задачи позволял решать оптический прицел обр. 1932 г., выполненный по германскому образцу. Соответственно изменили и бронещит — в нем появилось овальное окно для прицела.

Большое внимание уделялось использованию штатных станковых пулеметов в системе ПВО. И.П. Уборевич, изучая в 1928 г. военное строительство Германии, специально отмечал: «Немецкие станковые пулеметы имеют приспособления для перехода в 30 секунд к стрельбе против воздушных целей… У нас целые дивизии не имеют этих приспособлений. Немецкие пулеметы имеют оптические прицелы , имея возможность вести точную стрельбу до 2½ км и имеют угломеры, дальномеры для ведения огня с закрытых позиций».

Для изучения устройства пулемета «Максим» в войсках и в системе ОСОАВИАХИМа широко использовались «разрезные» пулеметы

Поэтому вполне логичным завершением модернизации «Максима» было введение на вооружение в 1931 г. универсального станка системы С.В. Владимирова, конструктора тульского ПКБ. Станок, раскладывающийся в зенитную треногу, допускал огонь по наземным и по воздушным целям. Кроме универсального станка С.В. Владимирова в войсках для зенитной стрельбы использовали складную треногу конструктора М.Н. Кондакова обр. 1928 г. Небольшая (16 кг) масса треноги допускала ее обслуживание одним человеком, а также транспортировку в специальном вьюке вместе со станком Соколова. Перед Великой Отечественной войной в пулеметной роте стрелкового батальона по штату полагалось иметь одну такую треногу. Та же тренога обр. 1928 г. использовалась для зенитной стрельбы из пулеметов ДП и ДТ. Создание и применение универсального станка обр. 1931 г. и зенитной треноги обр. 1928 г. значительно расширили боевые возможности «Максимов», но не решили вопроса «универсализации», более того, из-за большого веса (39 кг) станок С.В. Владимирова не смог вытеснить станок системы А.А. Соколова. Он выпускался параллельно с ним, но в меньшем количестве.

7,62-мм станковый пулемет «Максим» обр. 1941 г. (с приемником под холщовую и металлическую ленту) на универсальном станке обр. 1931 г. системы Владимирова

Летом 1928 г. тульскому ПКБ было предложено спроектировать спаренную, строенную и счетверенную зенитно-пулеметные установки под пулеметы системы «Максима». К этой деятельности были привлечены несколько конструкторов ПКБ: Н.Ф. Токарев (сын Ф.В. Токарева), Г.Г. Куренков, С.А. Прилуцкий и А.И. Панов. К 1930 г. они выполнили задание.

Основные требования к счетверенной установке и конной повозке для нее РВС СССР утвердил протоколом № 25 в 1929 г. Первоначально предполагалось, что на установке смогут монтироваться любые пулеметы калибра 7,62 мм с темпом стрельбы не менее 500 выстр./мин. (видимо, проявилось ожидание скорого появления облегченного станкового пулемета). Но в феврале 1930 г. Начальник вооружения РККА потребовал, чтобы на установке использовались пулеметы «Максим», и уточнил требования к установке. В 1930 г. в тульском ПКБ рассмотрели несколько проектов спаренных, строенных и счетверенных установок. При этом счетверенные установки разрабатывались в двух вариантах — на конной повозке П-21 и для стационарного закрепления или размещения на автомобилях, железнодорожных платформах, кораблях и т. п. По результатам внутреннего конкурса лучшей была признана счетверенная установка Н.Ф. Токарева. В 1931 г. ЗПУ Токарева принята на вооружение РККА. Использовались и спаренные установки на повозках. Были разработаны также шкворневые установки для зенитной стрельбы из «Максима» с автомобиля и складная установка для стрельбы по наземным и воздушным целям с тачанки — на такую установку «Максим» крепился со станком Соколова. Тачанки использовались в советской кавалерии до 1950-х годов, но в основном для возки пулеметов — для этого нередко на тачанку ставили по два «Максима» (пулеметный взвод).

Расчет 7,62-мм счетверенной зенитной пулеметной установки «Максим». 1939 г.

При модернизации пулемета также было обращено внимание на удешевление производства. Решено было окончательно заменить цветные металлы сталью. Это прежде всего коснулось приемника ленты, который вместо латуни стали делать стальным методом фрезеровки. В дальнейшем его изготавливали еще более простыми способами, но об этом несколько позже. С 1934 г. совершенствованию технологии производства станковых пулеметов на Тульском оружейном заводе стали уделять особое внимание. Для этих целей было создано специальное бюро. Разработанные здесь плоскошлифовальные станки для обработки стенок короба пулемета «Максим» полностью заменили тяжелый ручной труд слесарей, резко сократив при этом объем и время работ. То, что металлическая звеньевая лента, необходимость в которой была давно осознана, не была принята для использования в пулеметах, объясняется отсутствием соответствующего штамповочно-прессового оборудования для ее массового изготовления.

Установка пулемета «Максим» на кавалерийской тачанке с возможностью зенитной стрельбы