Патроны 7,62x54R первых выпусков имели металлическую гильзу с фланцем и свинцовую оболочечную пулю с закругленной головной частью. Они снаряжались гранулированным бездымным порохом на основе нитроглицерина.
Сравнительные испытания патронов, проведенные российскими оружейниками, показали превосходство нового патрона над патроном к винтовке Бердана. Однако останавливаться на этом не собирались, и работы над усовершенствованием не прекращались.
В результате поисков был разработан и принят на вооружение более совершенный патрон того же калибра. Баллистика патрона 7,62x54R образца 1908 г. заметно отличалась в лучшую сторону, хотя изменений было совсем немного: пулю с закругленной головной частью заменили остроконечной. После проведения сравнительных стрельб оказалось, что у патрона образца 1908 г. лучше кучность и пробиваемость.
В ходе Первой мировой войны выяснилось, что, хотя остроконечная пуля имеет лучшую пробиваемость, для решения некоторых задач этого уже недостаточно. К 1916 г. был разработан новый патрон к винтовке Мосина и пулемету Максима с бронебойной пулей Кутового. Пуля Кутового была немного короче стандартной и представляла собой стальной сердечник, покрытый небольшим слоем свинца с мельхиоровой рубашкой. На носовой части пули Кутового была установлена специальная баллистическая насадка.
Следующей модернизации патрон 7,62x54R подвергся в 1920-х годах. Для упрощения изготовления гильзы ее донце стало плоским.
С принятием в 1930 г. модернизированной винтовки Мосина образца 1891/1930 г. встал вопрос об изменении патронов. Патрон 7,62x54R образца 1930 г. во многом отличался от патронов 1908 г. Латунная гильза была заменена стальной с томпаковым покрытием. Пуля патрона образца 1930 г. имела уже не мельхиоровую рубашку, а медную или томпаковую. Все эти изменения не изменили характеристик патрона, но значительно удешевили и упростили его производство.
Однако прежние изменения не устраивали советское военное руководство. Совместно со швейцарскими оружейниками советские конструкторы начали разработку новых пуль для патрона 7,62x54R. В результате перед началом Второй мировой войны в СССР имелась солидная номенклатура винтовочных патронов. Обычные пули со свинцовым сердечником получили индекс «Л», с тяжелой пулей — «Д». Патроны с тяжелой пулей можно отличить по желтой маркировке носика пули.
Был принят на снабжение патрон 7,62x54R с новой бронебойной пулей Б-30. Внешне патроны с пулей Б-30 можно отличить по черной маркировке головной части пули.
Тогда же был принят и патрон с бронебойно-зажигательной пулей Б-32. Отличить его можно по маркировке носовой части черным цветом с красным пояском.