在明朝，军事战争方式正处于一场革命性的变革时期。与过去依赖纯粹体力和冷兵器对抗的战斗方式不同，火药武器的广泛使用正在改变战争的面貌。中国不仅是世界上首个发明火药的国家，也是第一个将火药应用于战争的国家。到了永乐时期，中国成功建立了世界上第一支专业的火器部队——神机营，这支新型军队迅速成为了明军中的精锐力量。

洪武初年，朱元璋就成立了军需局（后来改名为军器局），负责生产包括火器在内的各种军事用品。随着军器局的分拆，制作军装和马鞍的职能被移交给了新设的部门，而军器局则专注于制造兵器，其中也包括一部分火器。然而，大规模火器的生产任务则交给了内廷的火药司和兵仗局（后升格为内官监）。这一时期，火器的生产主要由中央政府掌控，实际上大部分都集中在皇宫内，外界和地方的参与极为有限，朱元璋严格控制火器的生产，显现出他对这种新式武器的高度重视。

然而，由于中央政府的生产能力有限，为了满足日益增长的火器需求，朱元璋于1377年下令“令天下都司卫所各置局生产军器”，这实际上是将火器生产的权限下放到地方。这一政策使得大明各省均设立了军工厂，能够自主制造火器，但地方的生产仍需向兵部报备并获得批准。此举大大扩展了火器的生产规模。

朱棣，作为一位曾在边疆的塞外作战的统治者，深知要弥补与草原民族体力上的差距，火器的升级至关重要。因此，在靖难之后，朱棣对武器的改进与兵甲的革新表现出了极大的热情。在他的领导下，神机营得以建立，并成为世界上第一支专门训练和使用火器的部队。

关于神机营的成立时间，《明经世文编》认为，永乐四年（1406年）在明军征越南时，朱棣得知越南二王子黎澄擅长制造火器，便特意召其入朝，并赐其姓陈，任命他为工部尚书，由他负责创立神机营，并指导明军演练火器。《万历野获编》也采纳了这一观点。陈澄对神机营的成立贡献巨大，甚至在神机营成立后，他规定每月定期祭祀掌管火器的火雷之神。之后，神机营每次制造新式火器时，还会进行祭祀，祈愿武器能够顺利使用，而陈澄的名字也常常出现在祭祀牌位之中。

而《明史》和《皇明通纪》则认为神机营的正式成立是在永乐八年（1410年），这时明军第一次征越南时，军队获得了火器的使用方法，便特别设立了神机营进行训练。无论具体年份如何，神机营的建立基本可追溯到永乐五年至永乐八年之间。

神机营成立初期，主要下设五大营：左哨、右哨、左掖、右掖、中军。每个营设有若干司，每司约有4000至5000人。到1411年，神机营由谭广担任总指挥时，获得了5000匹塞外优质马匹，并利用这些资源扩编了神机营的骑兵力量，成立了五千下营。此时，神机营的总兵力达到了约7.5万。神机营的人员构成以火器兵为主，然而，辅助部队如刀盾手和长矛兵也占有一定比例。永乐时期，神机营的兵力虽多，但并非所有士兵都携带火器，火器兵大约占总兵力的三分之二到四分之三。

神机营的指挥体制也是独具一格，最高指挥为靖难时期的勋贵担任，称为“管操”，负责整体指挥。神机营内有总监军太监，通常由太监担任，实际掌握着军队的管理权。下级营指挥由兵部选派武将担任，而每个营的监督则由太监负责。每个营下设有多个“把司”，这些司的指挥也由兵部选派武将，而太监则负责监督其执行。尽管这些武将负责战时的指挥工作，但在平时，太监掌握了火器的存放与使用管理权。武器库的钥匙由太监保管，只有在战时或训练时，武将才能通过太监申请领取火器。

随着神机营的建立，朱棣为战场引入了全新的战争规则，即通过大规模、有组织地使用火器来打击敌人。尽管永乐时期的火器技术尚不完善，但面对游牧民族的草原骑兵，神机营采用了轻便的火铳和火箭等武器，而大炮等笨重的武器则仅用于辅助作用。神机营在与蒙古骑兵的战斗中，运用了如三轮射击技术等独特战法，有效增加了火器的打击威力，取得了显著成果。

例如，1410年，朱棣第一次北伐时，神机营在战斗中发挥了重要作用。明军与蒙古阿鲁台部队发生激烈交战，明军通过火铳震慑敌人，成功打击了蒙古骑兵。随后，明军撤退时，神机营设伏成功，在蒙古军追击时用火铳进行埋伏，导致敌人全军覆没。此类战例证明了火器在明军战术中的关键作用。

至1422年，朱棣三次北伐时，神机营的作用愈加突出，火器已经成为战场上的重要力量。神机营被安置在军队最外层，负责防御敌人，骑兵和步兵则位于内层。这一变化体现了神机营作为明军主力的地位。

通过神机营的不断发展，明朝火器部队的专业化程度日益提高，成为了世界上最早的专业火器部队之一，并在朱棣的北伐中起到了决定性作用。然而，土木堡之变后，神机营的独立性逐渐减弱，随着新的军事体制的出现，神机营的专职火器部队性质最终消失。尽管如此，到了嘉靖时期，神机营的火器化程度再次得到加强，特别是通过吸纳西方火器技术，神机营焕发了新的生命力。