陕西秦始皇陵兵马俑坑出土了一批青铜剑。据测，这批青铜剑长81-94.4厘米，宽3.14-3.6厘米，剑脊与剑刃由含锡比例不同的青铜制成，剑身有一定韧性而剑刃又相当坚硬锋利。特别值得注意的是，这批剑中有一部分出土时表面呈灰黑或深黑色，光洁如新，毫无锈蚀，至今光洁度仍在9-10花左右，并具有良好的耐磨性能。经研究证明，这些青铜兵器经过铬盐氧化处理，表面形成一层致密的厚约10微米的氧化层。这是一项使世界科学史工作者十分震惊的重要发现，因为这种技术在德国、美国分别于1937年、1950年才列为专利。秦佣坑大批青铜剑出土，说明秦王朝军队装备有大量青铜剑。
汉代铁剑形制与用途亦基本定型。河北满城汉墓出土的刘胜生前所用的两把剑，长1米有余，均系铁剑。有完好的剑鞘，剑表面掺碳，刃部淬火，刚硬风力，脊部则保持较好的韧性，是百炼钢的早期产品。
汉初，剑仍是重要的军事武器，军队中大量配置。这时的匈奴人亦用剑，《东观汉纪》载：“邓遵破匈奴，得剑、匕首二三千枚。”
承于春秋战国的佩剑习俗，至秦汉更加盛行。楚汉相争时的鸿门宴上，项羽、刘邦、项庄、项伯、范增、樊哙、夏侯婴等均随身佩剑。佩剑还是汉王朝的礼仪制度之一。《晋书·舆服志》称：“汉制，天子至于百官，无不佩剑。其后惟朝带剑。”文武官员都要佩剑。
在当今戏剧或其他文艺作品中常可见到所谓“尚方宝剑”一语。尚方宝剑不仅作为至宝允答元功，而且钦差大臣人等得受此剑，手中便握有了极大的权力。下至百姓平民，上至皇亲国戚、封疆大吏，皆可先斩后奏。而这尚方宝剑，实际上便是皇帝御用的宝剑。查此剑最早见于西汉。《汉书·朱云传》云：“成帝时丞相故安昌侯张禹以帝师特进，甚尊重。云上书求见，公卿在前，云曰：‘今朝廷大臣，上不能匡主，下无以益民，皆尸位素餐……臣愿赐尚方斩马剑，断佞臣一人，以厉其余。’上问：‘谁也？’对曰：‘安昌侯张禹！’”注云：“尚方，少府之属官也。作供御器物，故有斩马剑，利剑可以斩马也。”此即“尚方宝剑”的来历。
从汉代开始，剑虽然逐渐退出了军事与战争舞台，但在王公贵族与广大黎民百姓间却得到了更大的发展。周纬著《中国兵器史稿》写道：“重刀之习，起于汉代……然则汉剑亦自有其相当声价，未容忽视焉。列朝载籍之称述汉剑者，并不亚于汉刀之记载。”汉代民间多有好剑术者，被称为“剑客”。
1957-1958年，在洛阳西郊发掘的23座西汉墓葬均出土了环柄铁刀，长度为85-114厘米。在山东沂南画像石墓墓门的横额上，保留着汉代军队持刀作战的生动画面。从图像中可以见到，当时无论是步兵还是骑兵，皆一手持盾、一手持刀。刀盾，已取代剑盾成为军队的主要装备。从图像中还可以看到：环首刀为直身、直脊、直刃，刀柄、刀身间没有护手相隔，刀柄后为一圆环。《汉书·李广传》载，李陵投降匈奴以后，武帝曾遣任立政出使匈奴。他初见李陵时，由于没有机会直接交谈，便目视李陵，并以手抚刀头，暗示李陵归汉。因为汉代刀头为环，“环”与归还的“还”同音，所以手抚刀头也就成了“还”的隐语。
由西汉始，佩刀的习俗出现。从两汉文献中可以看到：武帝时大将李陵、使节苏武、东汉光武帝刘秀以及三国时的袁绍，都是佩刀而非佩剑。东汉晚期大墓中常见的农夫佣、武士佣，亦均佩环首大刀。
到了三国时期，刀成了当时军队装备短兵器中最主要的武器。据《诸葛亮集》辑《诸葛亮别传》载：西曹X蒲元“性急巧思”，“熔金造器，特异常法，为诸葛亮铸刀三千口。”“刀成，以竹筒密纳铁珠满中，举刀斩之，应手虚落，若剃水刍，称绝当世，因曰‘神刀’。”陶弘景著《刀剑录》则载：东吴孙权曾于“黄武五年采武昌山铜铁，作十口剑，万口刀，各长三尺九寸，刀头方，皆是南钢越炭作之。”显然，这些刀不仅数量大，而且质量优良。
汉匈战争刺激了弓弩射技的发展。两汉军队曾出现许多精于射术的将领，其中最著名的是飞将军李广。史称李广一次出猎，见草中石头，以为是虎，张弓便射，果射中了石头，箭入而仅留箭尾在石外，李广也因之成为中国古代善射者的代称。弓射本为匈奴之长。《史记·匈奴列传》称其“儿能骑羊，引弓射鼠；少长则射狐兔，用为食。士力能弯弓，尽为甲骑。……其长兵则弓矢，短兵则刀X。”匈奴人善弓射，全民皆兵，所以汉代史书中动辄称其“控弦三十万”。针对这种情况，晁错建议：大量使用北地归附的少数民族，亦将之编为精锐骑兵。《后汉书·中山简王焉》载：直到东汉顺帝时，“诸王来会辟雍，事毕归蕃”，护送的骑兵仍“皆北军胡骑，便兵善射，弓不空发，中必决眦。”
东汉、三国，擅弓射者不乏其人。《后汉书·董卓列传》称董卓X力过人，能“双带两鞬，左右驰射”；东吴孙权，曾一箭射毙猛虎；东吴将领太史慈，亦是弦不虚发；吕布辕门射戟，为袁术、刘备调解纷争，被传为千古佳话；《三国志·魏志·文帝纪》则载：魏文帝曹丕“六岁而知射”，“八岁而能骑射”，年长当政后，仍能“逐禽辄十里，驰射常百步，日多体健，心每不厌。”骑射又成为曹丕健身强体的手段。
秦汉、三国时期弩射比弓射更为发达。秦兵马俑坑共出土弩机34具，二号坑并有专门的“弩兵队列”，这都说明弩具是秦军的重要装备。汉代弩的种类很多，有“大黄弩”、“连弩”、“药弩”、“石连弩”、“万钧神弩”、“元戎弩”等等。汉弩中最著名的是连弩，即可以连续发射的弩。《汉书·李陵传》注引张晏说，认为连弩是三十弦共一臂。曹丕在《饮马长城窟行》中提到的“幽燕百石弩”，“发机若雷电，一发连四五”，指的也是这种连弩。连弩后又经诸葛亮改造，被称为“元戎”，又称“摧山弩”。由于弩大量装备军队，汉代甚至专门设有“强弩将军”、“强弩都尉”等官职。
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