19世纪中叶，英法互为对手展开了造舰竞赛，当然不是比规模，而是比创新技术，这个时期作战舰艇取得了快速进步，一大批影响深远的舰型和武器面世。美国人在南北战争之前，也有不少创新，一场内战打乱了他们的节凑。19世纪初蒸汽机运用于舰船，最初用明轮（蹼轮）推进，轮船的叫法就是这么来的，但因燃煤消耗过快，轮子裸露于外，轮机安装于舷侧，减少了舷侧火炮数量，易被火炮击中，种种因素致发展迟缓。
美国富尔顿号轮船（克莱蒙特号轮船）美国人经过反复试验，在年美英战争中，他们建造了富尔顿号（克莱蒙特号轮船）轮船，它是世界第一艘轮船，其蹼轮安装在船体底部，火炮几乎无法击中它，但该船建造完成时，战争已结束，因而未参战。在此后的20年里，美国未再建造一艘轮船。英法也是一边探索一边缓慢发展，一开始只用于拖船、通信船等辅助船，直到30年代二者才开始正式建造作战轮船。
年美国建造了富尔顿二号，只有吨，有4个烟囱和3根桅杆，轮子又跑到了舷侧。为获得更大航程，年美国建造了两艘吨明轮船，进展遥遥领先欧洲，不过第二年首舰因起火焚毁，二号舰一直用到南北战争时期。然而明轮船的天生缺陷，导致这种船型仍然不受各国待见。
法国拿破仑号战列舰19世纪40年代，一个重大贡献是发瑞典人埃里克森先发明了实用螺旋桨，埃里克森先向英国推广，后者持怀疑态度、犹豫不决；一名美国海军上校听说此事后，立即找到埃里克森，并鼓动他去美国，最终美国人在年建造了史上首艘螺旋桨军舰——普林斯顿号，螺旋桨和轮机安装在水线以下，炮弹打不着。
英国人了解此事后，挺后悔的，他们也立即着手建造了首艘螺旋桨战舰响尾蛇号，英国人还对该舰进行了大量测试，最终在和同等马力的拖船竞赛中，其速度都完胜后者。此后几年中，英国给许多老舰都改装了螺旋桨。年，法国第一艘螺旋桨战舰、也是第一艘蒸汽动力战舰——木壳的拿破仑号下水。两年之后，英国下水了第二艘新型木壳螺旋桨战舰。南北战争中，美国建造了数量众多的梅利马克级小型快速螺旋桨护卫舰，在战争中起到了重要作用。
英国勇士号战列舰-年第一次鸦片战争中，英国东印度公司有两条小型铁壳炮艇，年美英至少都有一艘铁壳船，不过在随后测试中，英国人发现铁壳还不如橡木结实，于是停止了发展。年俄国侵犯土耳其，俄国战舰上的68磅炮和爆炸弹展现了强大威力，在攻击塞瓦斯托波尔要塞中，英法风帆战船因无法机动几乎成了俄国岸炮的活靶子，只有2艘螺旋桨战舰驶近岸边摧毁了俄国几座炮台，最终二者采用了包围战术艰难拿下要塞。
后续法国紧急建造3艘铁装甲浮动炮台，水线附近包裹4.5英寸铁板，有蒸汽动力可自行移动，在米距离上，岸炮的实心弹被铁板挡回，没有穿甲能力的圆球爆炸弹不足以摧毁铁板。在攻占金布恩要塞时，俄军对这三艘浮动炮台竟无计可施，最终被迫投降。在美国南北战争中，这种浮动炮台也被大量建造，发挥了很大作用。
年战争结束，英法取胜了，不过很吃力，比较丢脸。战后法国就建造了荣誉号装甲舰，一艘吨的木壳装甲舰。年英国建造了勇士号铁甲舰，它完全用铁建造船壳，排水量达多吨，大量采用后装线膛炮，虽然只有40门炮，但威力远胜过去的门炮。勇士号是全球第一艘全铁壳战舰，自它之后，世界强国海军都开始建造铁甲舰，中间虽有反复，但大势不可挡，铁甲舰之后则是钢甲舰。
复原的阿姆斯特朗式套筒炮早在年，在英法爆发的特拉法尔加角海战中，人们就彻底认识到实心弹威力的严重不足，双方各自在近距离发射上千枚炮弹，竟然无法击沉对方一艘木壳战船，令人难以置信但却是事实。拿破仑战争（—年）极大推动了火炮的发展，战后一名法国炮兵研制出一种能发射爆炸弹的火炮，年这种火炮击毁了一艘双层木甲板船，展现了强大威力，到30年代舰炮开始陆续采用爆炸弹。
然而，大于32磅的炮弹会让铸铁开裂，直到后装线膛炮出现之后，弹丸才一举达到了磅。第一门能承受膛线所产生压力的舰炮，是年英国发明的阿姆斯特朗式套筒炮，这是舰炮革命中的重大进展，这种炮发射的再不是球形爆炸弹，而是有铅套的长形炮弹，外形类似于今天的炮弹。该炮率先大量应用于勇士号铁甲舰，在射程、精度和威力上都远超过去的前装滑膛炮。美国人在线膛炮上犹豫了很久，但最终还是抵不过大势所趋，他们也开始采用线膛炮。
年，法国人发明了无烟火药，人们开始改进炮弹外形，使之更容易穿透钢装甲。炮弹威力提升之后，只能继续增加防护装甲，为克制装甲继续提升火炮和弹药威力，于是乎万吨级重装战列舰开始成为海上战场的主宰。