В 1920-х годах конструкция винтовки подверглась только косметическим изменениям, немного улучшившим боевые и эксплуатационные характеристики винтовки. Модернизированный образец под наименованием "7,62-мм винтовка обр.1891/30 гг." в 1930 году был принят на вооружение РККА. В то же время основные недостатки не были ликвидированы: значительная длина, неудачный предохранитель, устаревшая конструкция игольчатого штыка. Не устранили и основной недостаток, свойственный этому оружию, заключавшийся в том, что все винтовки пристреливались только со штыком, а в случае его утери кучность боя из них даже на коротких дистанциях резко падала, что делало их применение в бою достаточно проблематичным. Уже в ходе войны, когда перед промышленностью очень остро встала проблема наращивания валового выпуска мосинских винтовок, конструкторы и технологи Ижмаша подвергли коренному пересмотру всю технологию изготовления этого оружия в сторону ее максимального упрощения. Все это позволило значительно снизить трудоемкость изготовления винтовок и многократно увеличить их производство.

В тридцатые годы трехлинейка получила ряд специальных приспособлений, значительно расширивших ее боевые возможности. К их числу относился и винтовочно-гранатометный комплекс конструкции М. Дьяконова, предназначавшийся для поражения осколочными гранатами живой силы противника, а также закрытых целей на дальности от 150 до 850 м. Однако уже в первых боях выявились многочисленные недостатки комплекса. Это и значительный вес (более 8 кг); и невысокая мощность ружейной осколочной гранаты, и значительное рассеивание при стрельбе.; неудобство процесса заряжания; низкая живучесть ствола; большая отдача, практически исключавшая возможность ведения стрельбы с плеча, во избежание ранения гранатометчика. Поэтому пехота отказалась от системы Дьяконова, и уже в 1942 году ее постепенно изъяли из действующей армии.

До войны все производство винтовок обр. 1891/30 гг. сосредоточилось на Тульском оружейном и Ижевском машиностроительном заводах. Если в 1930 - 1940 годах Красная Армия получила около 6 000 000 мосинских винтовок, то только за 4 года войны, с 1941-го по 1945 год, советскими оружейниками было изготовлено 12 500 000 шт. (вместе с карабинами), большую часть из которых произвели ижевцы - 11 145 000.