Неотложные задачи бизнеса вынудили Максима отложить осуществление идеи на 10 лет, и пулемёт был воплощён в металле лишь в 1883 году.

Картечница Гатлинга–Горлова под 4,2-линейный (10,668 мм) патрон от винтовки Бердана

Однако внедрить пулемёт на родине у Максима не получилось: военные были довольны щедрыми откатами Гатлинга и заказывали у него его картечницы. Тогда изобретатель переехал в Англию, где нашёл себе в качестве союзника Натаниэля Ротшильда, после чего пулемёт заказала британская армия.

В Россию показательный образец пулемёта .45-го калибра (11,43 мм) был привезён в 1887 году. Он прошёл испытания на полигоне. 8 марта 1888 года из него стрелял император Александр III.

Государственная комиссия признала его непригодным для полевой войны, хотя и приняла решение закупить у Англии несколько сотен пулеметов. Их установили на громоздкие лафеты, напоминающие пушечные, и передали гарнизонам крепостей. В ходе изучения и испытания в 1892 году капитаном  Жуковым и представителем фирмы Максим-Нордфельд Миллером был разработан усиливающий отдачу надульник, значительно улучивший работу автоматики пулемета, основанной на принципе отдачи ствола с коротким ходом, который впоследствии применялся для всех моделей пулемета Максима.

До 1910 года пулемёты Максима выглядели вот так

Термин «пулемет» тоже не сразу прижился в военном лексиконе русской армии. Отдавая дань  предшественникам «Максима», его нередко называли картечницей. К тому времени на вооружении русской армии состояли шестиствольная картечница образца 1873 года русского изобретателя Барановского и 10-ствольная картечница Гатлинга-Горлова, а первые картечницы Гатлинг привёз в Петербург ещё в 1867 году. Обе картечницы были созданы под патрон винтовки Бердана. Под этот патрон изготавливались и первые русские Максимы.

Опыт русско-японской войны  показал высокую эффективность применения пулеметов. Так, в Мукденском сражении русская пулемётная батарея, оснащённая шестнадцатью пулемётами «Максим», противостояла нескольким атакам японцев — японская сторона потеряла половину своих солдат от общего числа наступавших. Без помощи пулемётов отбить эти атаки было бы просто невозможно. Произведя несколько десятков тысяч выстрелов за сравнительно малый промежуток времени, русские пулемёты тем не менее не вышли из строя и были в хорошем состоянии, доказав тем самым свои исключительные боевые характеристики. Теперь пулемёты стали закупаться сотнями, несмотря на значительную цену в 2932 рубля.

Пулемёт Максим на станке Соколова обр. 1910

В 1910 г. на вооружение российской армии был принят пулемет системы Максима, подвергшийся существенной модернизации. Тульские оружейники П. П. Третьяков и И. А. Пастухов внесли в его конструкцию более 200 изменений и существенно снизили массу. Очередной шаг по пути облегчения пулемета сделал полковник А. А. Соколов, предложив устанавливать «Максимы» на разработанные им колесные станки. Это позволило в несколько раз снизить общий вес конструкции «пулемет — станок». В таком виде пулемет широко использовался на фронтах первой мировой. К августу 1914 г. царская армия имела на вооружении около 4 тыс. станковых пулеметов. Несмотря на закупки за границей и спешное наращивание производства, нехватку пулеметов за годы войны так и не удалось ликвидировать. Это касалось и других видов стрелкового оружия.. В отличие от предшественника, в нем были изменены некоторые детали затвора, спускового механизма, предохранитель, прицеп, система охлаждения и затыльник. Кроме того, в ходе модернизации цветные металлы в конструкции заменили сталью. Масса пулемета снизилась до 18,43 кг. На Тульском оружейном заводе была внедрена новая технология изготовления модернизированного оружия. Широко стала применяться машинная обработка деталей, заменившая тяжелый ручной труд.

В 1928 г. советский конструктор М. Н. Кондаков стал автором первой советской зенитной установки, укрепив один пулемет системы Максима на треножном упоре. В 1931 г. на вооружение была принята счетверенная зенитная установка, разработанная Н. Ф. Токаревым. Она устанавливалась на автомашинах и специальных платформах.

В 1930 г. на вооружение был принят модернизированный 7,62 мм станковый пулемет обр. 1910/30 гг. Была изменена конструкция прицела в связи с принятием на вооружение 7,62 мм винтовочного патрона обр. 1908 г. с утяжеленной пулей, в комплект пулемета добавили оптический панорамный прицел, позволявший вести огонь полупрямой и непрямой наводкой. Изменилась конструкция предохранителя и кожуха. Был модернизирован и станок пулемета.

Часть пулемётной команды 303-го Сенненского полка

В этом же году советский конструктор С. В. Владимиров разработал треножный универсальный станок под пулемет системы Максима, принятый на вооружение в 1931 г. Такой станок не имел обычного хобота, а был оснащен выдвижными, телескопическими ногами-трубами. После объявления воздушной тревоги расчет снимал колеса, выдвигал ноги — и «Максим» становился противовоздушным пулеметом. Однако из-за большой массы (39 кг) станок выпускался в меньшем количестве, чем станок Соколова.

Пулемёт Максим обр. 1930

В начале 1940-х гг. пулемет системы Максима подвергся еще одной модернизации. Он получил новую систему охлаждения, в которой появилось заливное отверстие большего диаметра. Это давало возможность в зимнее время заполнять кожух снегом и льдом, что значительно облегчало условия эксплуатации оружия. Данное преимущество было проверено еще во время войны с белофиннами в 1939-1940 гг. Кроме того, пулемет получил новые прицел и механизм подачи патронов. После этого стрелку не требовалось регулировать пулемет при переходе на патроны с легкой или утяжеленной пулей. Однако отдельные недостатки пулемета в ходе этой модернизации так и не удалось устранить. Он оставался на 20-25 кг тяжелее иностранных образцов, а водяное охлаждение ствола затрудняло его использование. Кроме того, кожух легко пробивался пулями, осколками снарядов и мин.
В годы второй мировой войны пулемёты Максима находились на вооружении практически всех армий, ведущих боевые действия по разные стороны фронта. Наиболее известными из них стали советский станковый пулемет обр. 1910/1930 г., немецкий 7,92-мм пулемет MG 08 обр. 1908 г., установленный на салазочный станок, бельгийский 7,65-мм пулемет на треножном станке и английский 7,69-мм пулемет обр. 1909 г.
Кроме пехотной модификации, пулеметы системы Максима в начальный период второй мировой войны могли использоваться и в качестве зенитных. В Советском Союзе работы над созданием зенитных пулеметов на основе «Максимов» начались еще в 1925 г.

Пулемёты Максим на станке Кондакова

Хотя специалисты во всем мире положительно оценивали пулемет системы Максима за его высокое качество, надежность и эффективность, к началу 1940-х гг. назрела явная необходимость его замены более современным оружием. Недостатками выступали большая масса, сложная система охлаждения и ограниченная маневренность. Несмотря на все меры, принимавшиеся еще в 1920-1930-е гг., альтернативная модель в то время так и не была создана, и в начале второй мировой войны Красной Армии пришлось воевать главным образом станковыми пулеметами системы Максима обр. 1910/1930 гг. Лишь в 1943 Г. на полях сражений «Максимы» были дополнены более современными станковыми пулеметами системы Горюнова СГ-43.

Серийное производство пулеметов "Максима" продолжалось вплоть до 1945г. В послевоенное время большое количество станковых пулеметов были поставлены в Китай, КНДР и во Вьетнам.