Чтобы побороть постоянную нехватку металлов, и в XVI и в XVII веках царское правительство неоднократно официально запрещало вывозить и продавать за пределы России железо, медь, олово и свинец под страхом смертной казни. Однако ни суровые запретительные меры, ни кустарное болотное железо, ни чрезвычайно дорогой импорт из Европы не спасали Россию от хронической нехватки металлов. Поэтому сразу после того как страна оправилась от последствий Смутного времени, царское правительство попыталось наладить собственную металлургическую промышленность.

В 1632 году царём Михаилом Фёдоровичем голландскому купцу Виниусу была дана жалованная грамота на устройство железоделательного завода возле Тулы. В этом районе металлургическое производство в виде мелкого кустарного промысла существовало издавна, благодаря наличию доступной и качественной руды («добрых руд», как писали русские документы того времени). Это было уже не болотное железо, а расположенные вблизи поверхности земли залежи качественной железной руды возле села Дидилово.

Разрабатываемые кустарно с середины XVI века Дидиловские рудники стали сырьевой базой для будущего завода голландца Виниуса. В качестве рабочей силы к заводу по распоряжению царя приписали целую волость – 347 крестьянских душ. Их обязали обслуживать завод добычей руды, заготовлением и подвозом древесного угля. Непосредственной работой на заводе занимались как приписанные, то есть фактически крепостные крестьяне, так и вольнонаёмные работники («охочие люди» – так их именовали в документах тех лет).

Предприятие дало первый металл в 1637 году. Построенный голландцем завод был уже не кустарным производством, а настоящей мануфактурой с использованием машин, работавших на водной (как тогда писалось в русских документах – «мельнишной») энергии. Через несколько лет голландец Виниус официально перешёл в русское подданство, принял православие и был зачислен в московское дворянство.

К металлургическому бизнесу Виниуса вскоре присоединились голландский торговец Филимон Акема и датчанин из Гамбурга Питер Марселис. Это купеческое товарищество, базируясь на европейском опыте, построило для русского царя ещё три железоделательные мануфактуры в районе Тулы. Для того времени это был целый промышленный комплекс, который получил название Городищенские заводы.

Вслед за Городищенскими заводами Марселис и Акема построили ещё четыре железные мануфактуры на реке Скниге (приток Оки на территории нынешних Московской и Тульской областей), названные Каширскими заводами. На них, помимо русских мастеров, работали приглашённые специалисты из Германии, Швеции и Франции. Затраты на создание этих предприятий оценивались современниками в огромную по тем временам сумму – 25 тысяч рублей.

К середине XVII столетия эти восемь мануфактур, составлявших Городищенские и Каширские заводы, стали главным центром металлургии в России. Обрадованное этими успехами царское правительство попыталось построить аналогичный завод на водной энергии для производства меди в Карелии. В 1670 году в Заонежье «для сыску медныя руды» был направлен новгородец Семён Гаврилов с мастерами-плавильщиками. Ими в том же году был построен первый казённый медеплавильный завод в Фоймогубском погосте.

Однако скудные запасы карельской меди не позволили развернуться новому предприятию. Из-за большой трудоёмкости работ и связанных с этим значительных затрат казённых средств завод в конце 1674 года был признан нерентабельным и закрыт. Попытка обойтись без дорогой импортной меди провалилась: до начала промышленного производства этого металла на Урале оставалось ещё несколько десятилетий.

С железными рудами в Карелии было чуть лучше, чем с медными, поэтому с 1681 по 1690 год здесь построили пять металлургических мануфактур на водной энергии, получивших общее название Олонецкие заводы. С 1700 года эти заводы стали специализироваться на заказах для строившегося Петром I на Балтике военного флота.

Почти одновременно на юге России, под нынешним Липецком, в 1693 году строится первый чугуноплавильный завод с использованием водной энергии. Здесь, так же как и под Тулой, на поверхность выходила качественная железная руда. Металл Липецкого завода поставлялся на воронежские верфи, где Пётр I строил флот для Азовских походов.

В 1703–1705 годах металлургическое производство в этом районе было расширено, так появились Липские железные заводы. Они не только породили современный город Липецк, но и стали главной металлургической базой для русского флота в Азовском море, а в первые годы войны со Швецией давали половину металла, необходимого России для военного производства.

Однако ни болотные руды, ни очень редкие на Восточноевропейской равнине поверхностные залежи железной руды не могли обеспечить достаточное производство металла. Накануне Северной войны со Швецией, являвшейся крупнейшим производителем железа в Европе того времени, России требовалась своя металлургическая база, способная преодолеть хронический дефицит металлов.

Ближайшим регионом, где технологии того времени позволяли добывать массу руды, достаточную для промышленного производства, был Урал. О его металлических запасах знали ещё в Средние века, когда новгородские ушкуйники обнаружили на его склонах «чудские копи» – многочисленные следы древних горных разработок.