早在先秦时期，中国古代军事家已注意到城市攻防战的重要性，也开始制作专用于攻城与守城的特殊兵器装备，后来在《墨子·城守篇》中有较为具体的记述。随着城市的发展和城防的改进，汉唐以来攻守城的装备也日益发展。到了北宋时期，由于社会经济的发展，城市的地位更加重要，同时筑城工程技术的进步，砖城逐步代替了原来的夯土城垣，使城防工程日趋牢固。这也反过来促使人们进一步改进和研制新的攻城兵器装备，在此基础上，《武经总要》中用了很大的篇幅，对有关城防建筑以及守城、攻城的各种兵器装备进行了记录。
《武经总要》卷12《守城》篇中首先介绍了北宋时期的城防工事，并附有图像。牢固的砖筑城墙，外面围着宽而深的濠沟，外濠上架的吊桥在敌人攻城时即可以升吊起来。城门外面修筑有瓮城，城门里又加设重门和插板。沿着外濠的内岸，还修筑有较大城低矮的“羊马城”。高高的城墙头上砌筑着女墙，女墙上开有向下射箭的箭窗。隔一段距离就修筑有凸出墙面的“马面”，上面设立着敌棚或敌楼，里面装着各种守城的器械。城门上有修筑高耸的门楼在城墙上还设立一些临时性的弯庐形状的“白露屋”，这些都是为了加强城防所不可缺少的防御性建筑物。同时还沿城构筑了一些和城墙相连接的弩台，在台上安装重袍和强弩。在战棚前和女墙外，垂挂着防御炮石弩箭的垂钟板、蓖篱、皮竹笆等用生牛皮、荆柳、竹皮等材料编制的防护装备。在城前的大道上还挖掘陷马坑，安装鹿角木，撒放铁蒺和铁菱角，也将铁蒺藜等撒放在壕沟内，以阻止故方涉水过豪。《武经总要》中还记录有多种守城用的各种器械，有车脚檑、穿环、木立牌、竹立牌、拐突枪、抓枪、拐刀枪、钩竿、剀手斧、土色毡旅等，有为了防备敌军利用地道攻城的听瓮(地听)、风扇车、布幔、皮廉等装备，以及火攻敌军用的飞炬、燕尾炬、鞭箭、铁火床、游火铁箱、引火毽、猛火油柜等，如此多样的城防器械和设施严密的城防工事，构成了颇为严密的城防体系。
为了攻取如此严密设防城堡，攻城一方也就需要研制各种攻坚器械，《武经总要》卷10《攻城法》又对攻城器械有详细的记录。有用于观察敌方城防工事的巢车，以寻找薄弱环节发起进攻。巢车又叫望楼车。因望楼车形似鸟巢而得名。车体为木质，底部有4个轮子，在长45尺的望杆上安着方形的望楼，竿下装转轴，用6条绳索分3屡，从6面将竿固定，绳索底部用带环铁撅楔人地下，兵士在高耸的望楼里向城睨了中了望，并将战情向将领报告。用于攻城的重要器械是攀登城垣的云梯，据传是由春秋时期的工匠鲁班首先发明的。在战国时水陆攻战纹铜鉴的图案中可以看到早期云梯的形状。当时云梯已在底部装有车轮，可以自如移动，梯身可以上下仰俯，攻城时靠人力扛抬，倚架在城墙壁上，梯的顶端装有钩状物，可用来钩城缘，以免遭受守城者的推拒破坏。到了唐代，云梯有了进一步的改进，主梯身固定按装在木制的底盘上，下面有6个车轮，主梯之外有一副活动的上城梯，它的顶端有一对辘护，登城时可以沿着城墙壁面上下滑动。攻城时只需将主梯停靠在城下，然后再在主梯上架设“上城梯”，即可登城。北宋时进而将云梯作了重大的改进，《武经总要》中有记载，“云梯以大木为床，下施六轮，上立二梯，各长丈余，中施转轴，四面以生牛皮为屏蔽，内以人推进，及城则起飞梯于云梯之上。”说明宋代的云梯采用了中间转轴联接的折叠式结构，又在梯的底部增添了防护措施。
“上城梯”(副梯)也做了相应的改进并出现了多种形式：有“飞梯”，“长二、三丈，首贯双轮，欲蚁附则以轮着城推进；”有“竹飞梯，两旁施脚涩以登。”
上述改进，使云梯车运行时更加稳定，有防护能力，且登城时简便迅速。为了抗御守城兵士的矢石攻击，宋代的攻城器械中还使用供遮护兵士接近城门进行攻击的轮车，车身和车顶上都蒙着厚实的牛皮箭射不透，檑石打不毁，兵士们躲在车下，推着它移向城门。方箱平顶的叫“木牛车”，三角形尖顶的叫“尖头木驴”，更大的一种下面有方箱，上面有盖尖顶的叫“梢车”，这类装备的缺点是过于笨重。还有一种“火车”，以双轮推进到城下，在车上装着一个点燃火炉将木柴堆放上燃起大火，在车下隐藏有一大锅滚沸的热油，当守城的的兵士往“火车”浇水灭火时，水一浇人沸油中，就会激爆起来，猛燃起的油焰能起几丈高，从而点燃城上木质结构的城楼和守城器械，引起大火。在《武经总要》记录的攻城器械还有行女墙、木女墙、行天桥、把车、脆尘车、填壕车、填壕皮车、搭天车、饿鹘车、钩撞车、搭车等，还有为开掘地道攻城用的挂搭绪棚、雁翅笆、皮幔等装备，火攻敌军用韵飞炬、燕尾炬、鞭箭、铁火床、游火铁箱、引火球、猛火油柜等一以及铁猫、火钩、火镰、火叉、短刀枪、短锥枪、抓枪、蒺藜枪、拐枪、烈销、霍耳刀、镭锥、蛾眉锲、凤头在斧等各种守城器械。
火药初露锋芒
宋代初年，火药开始在战场上出现，这标志着人类战争史上火器与冷兵器并用时代的开始。北宋时期，正是中国古代火器的创制与冷兵器继续发展的时期，由于统一战争和改善边防需要，建立了一个以东京(今河南省开封市)为中心的全国兵器制造体系，大量制造兵器。由于朝廷的鼓励，各地纷纷创制火器，《宋史·兵志》等史书记载，自宋太祖开宝三年至真宗咸平五年(970～1002年)，有兵部令史冯继升等先后向朝廷进献过火箭、火毡、火蒺藜等燃烧性火器，为中国创制火器之始。在此基础上，宋仁宗庆历年间修纂《武经总要》时列入早期火药兵器和火药配方。
谈到火器的发明和使用。首先要谈到火药的发明。
古代火药以硝石、硫磺、木炭或其他可燃物为主要成分，其混合物点火后能迅速燃烧或爆炸。它是中国古代四大发明之一，对于世界文明的发展起了重大的作用。
火药是现代“黑火药”的前身，它的三种主要成分是硝石(硝酸钾)、硫磺和木炭，按比例将上述三种粉末混合在一起，就成为火药。对合成火药的这三种成分的认识，是比较早的，除木炭外，硝石和硫磺早就被列入药物类。在汉代成书的《神农本草经》中已把它们分别列入“上品药”和“中品药”了至于对它们的进一步认识和将它们组合在一起的实验，则是和炼丹术的发展分不开。
秦汉时期，封建皇帝为了长久保持他一个人的统治地位，多企图祈求长生，尤其以秦始皇和汉武帝最为迷信，以至岽信方土，寻求长生不老之药。由于最高统治者的追求和提倡，于是炼制长生不老仙药的方术一一炼丹术自然日渐发展起来。以后经两晋南北朝直到唐代，炼丹家的活动持续不断，在获得长生的仙丹和掌握炼金术等欲望的驱使下，他们大胆地进行各种斌验，虽然成仙的幻想终成泡影，但在实验化学方面却作出了很多贡献，其中包括对硝石等的性能有7讲一步的认识和为了变化学药料而掌握了火药的配方。
前一方面如南朝时的陶弘景已总结出以火焰实验法来鉴别硝石(硝石，硝酸钾)与芒硝(硫酸钠)，他说：
“以火烧之，紫青烟起，云是真消石也。”这已经近似近代化学分析所用以鉴别钾盐和钠盐的火焰实验法。
在此基础上，有了后一方面的实验，用有关成分配合进行变化药料的探索，最先开始可能是使硫磺“伏火”
的实验。这种实验大约在唐代就开始了，实验时稍有不慎，就会引起爆炸75至炼丹房失火等事故，但是发生这种意外事件的原因，往往被涂上神奇荒诞的色彩。
也许因为这些药料配合起来能够发火，所以得到“火药”的名称。
火药用于兵器并投人实战，大约始于唐代末年，当时火药兵器只是作为传统火攻战术的一种手段，利用火药燃烧性能去改进传统的火攻兵器，造成新型的火箭、火炮等兵器。但是关于这一点，还只是根据一些文献中并不明确的记载进行的推测。一般认为唐德宗时李希烈的部下用方士策，烧毁了刘洽的战棚等防御设施是利用了火药兵器；又认为唐哀宗天枯四年(907年)，郑瑶攻打豫章时“发机飞火”，也是用的火药兵器。但是上述二例，都还没有坚实的证据。现在可以肯定的是北宋初年军队中已经装备有使用火药的兵器，宋太祖开宝八年(975年)灭南唐时，使用过用弓弩发射的火箭和饱(抛石机)抛射的火炮，正是因为改用装有火药的弹丸来代替石弹，于是原来从“石”的“炮”字改为从“火”的“炮”字了。以后不断有关于制造火药兵器的记录。然而最完备而有系统的还是《武经总要》中关于火器和火药配方的记载。