При Военном министерстве в 1862 г. создается «Комитет по устройству и образованию войск», который принял деятельное участие в разработке «Воинского устава о строевой пехотной службе». В новом уставе особое внимание уделялось одиночному обучению и привитию навыков владения оружием. В 1863 г. был издан приказ об обучении рекрутов, который требовал учить воинов упражнениям с оружием и стрельбе в цель, правилам рассыпного и шереножного строя, саперному делу и действиям на различной местности.
Новые принципы военной подготовки требовали от военнослужащих высоких физических качеств. В войсках вводятся занятия гимнастикой и фехтованием, строятся гимнастические городки и специальные укрепления — предшественники современных «полос препятствий».
Повышаются требования к профессиональной подготовке офицеров, она становится обязательной и постоянной. Вводится в практику проведение с офицерами тактических учений и занятий на местности, решение устных и письменных тактических задач, проведение лекций и бесед по различным военным дисциплинам. Для повышения квалификации офицеров, отработки новых тактических приемов и практики владения новыми образцами оружия открываются стрелковая и кавалерийская офицерские школы. Особое внимание в войсках уделяется подготовке молодых офицеров.
Изменяется отношение к общему развитию солдат. В частях создаются школы для обучения солдат грамоте, открываются библиотеки. Для низших чинов начинают издавать специальные журналы «Солдатская беседа» и «Чтения для солдат».
Принятые меры позволили значительно повысить уровень боевой подготовки войск, что практически подтвердилось в ходе русско-турецкой войны 1877−78 годов.
В ходе проведения реформы предстояло решить самую сложную задачу — кардинально изменить рекрутскую систему комплектования войск, которая уже многие десятилетия сдерживала развитие армии и не позволяла создать подготовленные резервы на случай войны.
В январе 1874 г. после бурных дебатов и жесткого сопротивления противников реформы был принят Устав о всесословной воинской повинности. Защита престола и Отечества в нем объявлялась священной обязанностью каждого российского подданного. Воинской повинности подлежало все мужское население без различия сословий, достигшее 20 лет.
Был установлен общий срок службы: в армии 15 лет (6 — действительная служба и 9 — в запасе), на флоте 10 лет (7 — действительная служба и 3 — в запасе). Вводилось значительное количество льгот для призывников в зависимости от их образования, семейного и имущественного положения. От призыва освобождались врачи, учителя, деятели науки и искусства, священнослужители, значительная часть «инородческого» населения. В то же время отменялись основные привилегии дворянству, пожалованные еще Петром III.
Введение всесословной воинской повинности, несмотря на то, что на деле она не стала всеобщей, позволила России создать массовую армию и организовать подготовку резервов.
Важное место в милютинской реформе заняло перевооружение армии и флота. В армии последовательно вводят несколько образцов нарезного стрелкового оружия, пока не остановились на винтовке Бердана № 2 с четырехгранным штыком. Берданка, как ее стали называть, имела дальность стрельбы 1500 шагов и скорострельность 8−9 выстрелов в минуту, отличалась простотой конструкции и хорошей точностью боя. По многим качествам она превосходила ружья, принятые на вооружение в европейских армиях. Существовало три разновидности этой винтовки: пехотная, драгунская и казачья. Был принят на вооружение револьвер системы Смита и Вессона со скорострельностью 6 выстрелов в минуту.
Благодаря разработкам отечественных ученых-артиллеристов принимаются на вооружение заряжающиеся с казенной части стальные и бронзовые орудия. «Новые орудия нашей полевой артиллерии, — писал императору военный министр, — по своим качествам не оставляют желать ничего лучшего и не только нимало не уступают орудиям других европейских государств, но во многом превосходят их».
На флоте на смену парусным приходят паровые броненосные корабли.
Переход к нарезному дальнобойному оружию оказал значительное влияние на развитие новых форм боевых действий, способствовал совершенствованию российской промышленности. К сожалению, из-за отсталости собственной промышленной базы и недостаточного финансирования перевооружение шло очень медленно и еще длительное время в армии оставалось на вооружении значительное количество устаревшего оружия.
В шестидесятые годы в армии была проведена военно-судебная реформа. В ходе ее проведения ставилась задача поднять нравственное состояние армии, способствовать формированию чувства долга и чести, а в результате — изменить отношение к солдатской службе. В армии вводятся Дисциплинарный устав, Устав внутренней службы, Военно-судный устав, Воинский устав о наказаниях, Положение об охранении воинской дисциплины и взысканиях дисциплинарных. Они провозглашают охрану чести и достоинства солдата. Отменяются телесные наказания, позорящие человеческое достоинство, но как «временная мера» сохраняются наказания розгами. Вводится суд общества офицеров, который мог принимать решения об удалении из офицерской среды недостойных. Создается система военных судов (полковые, военно-окружные и Главный военный суд).
Военная реформа, проведенная