За основу для дальнейшей работы был взят второй вариант, а из первого использован трансмиттер, дешифратор и более компактное печатающий устройство. Под общим руководством И. П. Волоска новый образец шифромашины М-101 создавался ведущим конструктором Н. М. Шарыгиным, а некоторые ее механизмы изобрел и разработал лично М. С. Козлов. В 1939 году Н. М. Шарыгин успешно завершил работу, и с 1940 года шифромашина М-101 «Изумруд» начала поступать в эксплуатацию. Она состояла уже из двух основных узлов и по габаритам была уменьшена более чем в шесть раз, а по весу — более чем вдвое.
Шифротехника первого поколения (М-100/101) предназначалась для штабов высшего уровня управления вооруженными силами там, где циркулировал наибольший объем стратегической и оперативно-стратегической информации. Данная техника начала изготовляться серийно и в 1938 году была успешно испытана в боевых условиях на озере Хасан, в 1939 году — на реке Халхин-Гол, во время гражданской войны в Испании и финской войны зимой 1939–1940 годов. Шифрованная связь в этих военных конфликтах осуществлялась в звене Генштаб — штаб армии.
В декабре 1938 года представитель научно-исследовательского института связи и особой техники РККА имени К. Е. Ворошилова привез на завод им. А. А. Кулакова технические задания на разработку шифрующих приборов-приставок: С-306 — к телеграфному аппарату Морзе с питанием от электросети, С-307 — для журналистов с питанием от аккумуляторов, С-308 — к телеграфному аппарату Бодо, С-309 — к телеграфному аппарату СТ-35. С институтом был заключен договор, после чего начались опытно-конструкторские работы.
Ответственными разработчиками шифрующих приборов были назначены: О. А. Примазова — С-306 и С-307, Н. М. Шарыгин — С-308 и В. Н. Рытов — С-309. Во втором квартале 1939 года работы по этим приборам были закончены. После испытаний С-308 и С-309 были приняты на вооружение. С третьего квартала 1938 года на заводе № 209 начался их серийный выпуск, который продолжился в 1942–1944 годах на эвакуированном заводе в Свердловске (получил № 707). Самой массовой шифрующей приставкой стал прибор С-308, который был установленный на линии Одесса — Киев сразу же после ее открытия в 1939 году.
В 1938 году на заводе «Красная Заря» для обеспечения передачи по каналам высокочастотной (далее — ВЧ) связи оперативных телеграмм в интересах органов НКВД была разработана специальная аппаратура тонального телеграфирования по каналам ВЧ-связи. К концу 1938 года были открыты три и настраивались еще три телеграфные связи, передача телеграмм (пока без линейного шифрования) производилась вместо телефонных разговоров в часы наименьшей нагрузки (в вечернее и ночное время). К концу первого квартала 1941 года телеграфная связь по каналам ВЧ-связи осуществлялась уже с 36 городами, шифрующая аппаратура С-308 была установлена на шести основных направлениях этой связи (к концу года планировалось установить ее еще на 17 телеграфных связях).