但随着日本侵略战争规模的扩大，1939 年在仁川富平地区进行的扩建彻底改变了这一局面 —— 扩建后的工厂形成分工明确的三大核心厂区，产能实现跨越式提升。
第一工厂通过熔化从朝鲜全境掠夺的铜器、铜筷子等金属制品（年均掠夺各类金属原料约 5000 吨），以及蒸煮木材制造武器基础零件，每月可提供步枪机匣、枪管毛坯 1500 套。
第二工厂凭借新增的 12 台大型冶炼炉和 30 台精密车床，实现金属冶炼与加工的高效衔接，每月能产出合格枪械坯料 2000 套，同时配套生产机枪枪管 500 根。
第三工厂则承担零部件的最终组装，巅峰时期每月可组装 38 式、99 式步枪 2500 支、96 式轻机枪 300 挺、手榴弹 8000 枚，此外还能生产少量 92 式重机枪配件。
从产量累计来看，1939 年至 1945 年间，该厂共生产步枪约 18 万支，占同期日军轻武器总产量的 12%，其中 99 式步枪占比达 60%。
这些武器通过厂区专用铁路直接运往仁川港，再转运至中国战场（约占产量的 45%）、东南亚战场（30%）及太平洋战场（25%），成为日军多线作战的重要轻武器供应源。
工厂周边不仅留存着堆积如山的掠夺性金属原料（最多时库存达 8000 吨），其产能还随着战争需求不断调整，1944 年美军切断日本本土与殖民地海上交通线后，该厂通过紧急调配朝鲜北部矿山资源，将步枪月产量临时提升至 3000 支，以弥补本土产能缺口。
随着前线对武器需求的激增，仁川陆军造兵厂逐步向资源更集中的朝鲜北部拓展，由日本三菱株式会社承建的平壤兵器制造所成为其核心分厂，被定为仁川陆军造兵厂第二制造所，与富平的第一制造所形成南北呼应的生产格局，其产能与产量同样占据关键地位。
平壤制造所初建时（1931 年）以生产弹药为主，每月仅能制造步枪子弹 50 万发、手榴弹 3000 枚，但 “九一八” 事变后，随着侵华战争的全面展开，生产任务日益繁重。
1932 年至 1945 年间陆续新建的枪弹厂、炮弹厂、炼钢厂和机器厂，彻底激活了其产能：枪弹厂配备 20 条自动化生产线，1941 年达到巅峰产能，每月可生产步枪子弹 200 万发、机枪子弹 80 万发，1932-1945 年累计产量超 2.8 亿发。
炮弹厂专注于 75 毫米山野炮炮弹生产，1938 年后月产能稳定在 1.2 万发，累计生产各类炮弹约 150 万发。
炼钢厂则利用朝鲜平安南道的铁矿资源（年均开采并冶炼铁矿 1.2 万吨），为武器生产提供充足钢材，每月可产出枪械用钢 300 吨、炮弹用钢 500 吨。机器厂则负责维修与制造生产设备，保障各厂区产能稳定。
值得注意的是，该厂生产工艺在日本本土技工的指导下，达到了堪比大阪炮兵工厂的水平，1944 年日本本土工厂遭 B-29 轰炸机重创后，平壤制造所的战略地位愈发凸显，当时日本关东军、中国派遣军及南方军的步兵武器供应，有 35% 依赖该厂（另 65% 来自伪满洲国奉天兵工厂）。
仅 1944 年一年，该厂就向关东军输送步枪子弹 800 万发、山野炮炮弹 6 万发，有力支撑了日军在东北及华北战场的作战。