两宋时期是中国牵引式杠杆抛石机发展的巅峰，“凡炮，军中之利器也，攻守师行皆用之”（《武经总要》）。宋仁宗时期编撰的军事百科全书《武经总要》当中列举了16种不同类型的牵引式杠杆抛石机图形，还详细解说了7种抛石机的零部件名称、尺寸和性能。除了《神机制敌太白阴经》中四种构造外，还列举了从单梢（单根木材制成杠杆臂）到七梢（复数木材合并制成）的数种炮梢结构。显然，梢数越多力臂越结实，可承受的压载越强，可抛射的“砲弹”便越重威力越大，其中最大的七梢砲需要二百五十拽砲手和两名定放手（大约如现代的炮兵观察员，确定打击目标），弹重九十至一百斤时放于五十步外。但这并非牵引式杠杆抛石机的极限，据史籍记载，在七梢之上还有九梢十梢乃至十三梢的重型牵引式杠杆抛石机，而射程最远的抛石机“可及三百五十步外”。
在抛石机使用方面，宋人也进行了分类：“用砲摧毁攻具，须用重百斤以上或五、七十斤大砲；若欲放远，须用小砲”（《守城录》），视敌方目标不同而选择适合的型号；“守宜重，行宜轻。故旋风、单梢、虎蹲，师行即用之，守则皆可设也”（《武经总要》），野战用的抛石机需要配合部队的机动，宜用轻型；而守城则没有顾虑，什么型号都可以用。野战抛石机的极致是西夏“泼喜军”使用的轻便驮载旋风砲，这是一种架设在骆驼背上的小型旋转抛石机，抛射的石弹如拳头大小，威力虽不大，但充分发挥了攻战的机动性和灵活性。唐宋时期抛石机技术发展的另一个特点是火药的应用。火攻是古老而有效的作战手段，但便如《墨子》中籍车所用木质纵火弹，都只是“草木苇荻，束而灌脂，非火药制”（《涌幢小品》），也就是以柴、草添加油脂、松脂等易燃物制成，没有火药成份。
目前对火药的研究普遍认同起始于唐中晚期至五代，而成熟于北宋。但约中唐801年，武则天侄孙武元衡任御史中丞巡视北疆雁门关一带时，所作《出塞作》诗中有一句：“白羽矢飞先火礮”。当然，这里使用的“火礮”是否火药制品还不能确定，然而仅数年后的808年，道教炼丹士清虚子于其撰写的《太上圣祖金丹秘诀》中，记录了目前已知第一个满足了黑火药硝、硫、炭（皂角）三要素的“伏火矾法”炼丹实验配方。两者之间是否有所关联？同样成书于801年的典章政书《通典 兵典》中说：“门栈，以泥厚涂之备火。柴草之类贮积，泥厚涂之防火箭飞火”，而北宋路振所著《九国志》有唐末天佑元年（904年）使用“发机飞火”的记载。北宋许洞所著兵书《虎铃经》里解释说：“攻城寇寨，风助顺，利为飞火（飞火者，谓火炮火箭之类也）”。有学者认为许洞与两个记载之间相差近一二百年，不足以证明此飞火等同于彼飞火。但《通典 兵典》里既说“火箭”，又说“飞火”，明显是两种武器。
▲《真元妙道要略》中关于火药燃烧的记载
唐末五代正是火药趋于成熟的时期，第一个描绘火药爆燃现象的记载正是成书于五代的《真元妙道要略》一书。前后几个记载相互应证，是否非火药武器尚待商榷。目前可以确定的是，北宋真宗咸平三年（1000年），禁军神卫兵器军队长唐福向宋真宗献上其所发明的火箭、火球、火蒺藜，这几种火药武器都收录于仁宗时期编撰的军事百科全书《武经总要》当中。《武经总要》也记载了世界上最早的三个军用火药配方，同时列举了火球、引火球、蒺藜火球，霹雳火球、烟球，毒药烟球，铁嘴火鹞、竹火鹞和火箭、火药鞭箭等十几种火药武器，其中大部分可以用抛石机抛射。到了南宋时，又有了铁壳炸弹，进一步增强了杀伤力：有火砲名“震天雷”者，铁罐盛药，以火点之，砲起火发，其声如雷，闻百里外，所爇围半亩之上，火点著甲铁皆透（《金史》）。
▲北宋时期火药武器的广泛使用在象棋中也得到体现，江西省安义县出土的北宋铜象棋拓片，“砲”子的背面是一颗引燃的爆燃弹
如靖康元年（1126年），金军围北宋怀州，环列抛石机攻城，“番人先用火礮延烧青布幕及索网，放虎蹲、大礮九梢，其大如七八斗栲栳，每一礮到城，索网粪土、大枋楼柱皆破”（《三朝北盟会编》）。隆兴元年（1163年），宋将魏胜与金军作战时，“施火石炮”，远二百步。嘉定十四年（1226年），金军攻蕲州，“每一砲继以一铁火砲，其声如霹雳”，凡被铁壳炸弹伤着的人“头自面霹碎，不见一半”(《辛巳泣蕲录》）。
1232年，蒙古军队攻打金国开封时，使用了百多架十三梢的重型抛石机，日夜不停地射击，抛射的石弹叠积起来几乎将开封外城的地面垫高了一层，“攒竹砲有至十三稍者，余砲称是。每城一角置砲百余枝，更递下上，昼夜不息，不数日，石几与里城平。而城上楼橹皆故宫及芳华、玉溪所拆大木为之，合抱之木，随击而碎”。守城金军则“以铁绳悬震天雷”垂下城墙，将攻城的蒙军炸得“人与牛皮皆碎迸无迹”，但蒙军随后也用抛石机抛射“火砲”入城，在城内造成严重的火灾，“延爇不可扑救”。抛石机和火药武器也是蒙古人在对外战争中赖以攻坚的利器。
如第一次蒙古西征时，成吉思汗西征花刺子模国，崦木海、薛塔剌海、张荣等砲手军将领，以及抄马都镇抚郭宝玉率火药弓箭军随队出征。西征中第三路军将领阿刺黑、速格秃、脱海攻打忽毡时，将守将贴木儿灭里围困于忽毡细浑河中的一个堡垒，蒙古砲手军用抛石机发射爆燃弹攻击。乌浒河之战，蒙古军队使用了“毒火罐、火箭、火炮”。1221年，拖雷进攻你沙不儿城，“设置发弩机三千，发石机三百，投射火油机七百，云梯四千，炮石二千五百担”（瑞典《多桑蒙古史》）。
第二次西征则正是灭金后不久，蒙古军“募（金军）能用砲者籍为兵”，并携带了大批刚从金军缴获的竹火枪、铁火炮以及火药箭等火器出征，几乎在每次作战中都使用了火器。1238年，蒙古人攻占莫斯科、罗斯托夫、弗拉基米尔等城时亦使用了铁火炮。1240年冬，蒙军统率拔都所部以铁火炮攻占乞瓦（基辅）。1241年4月莱格尼察之战，蒙古军队用火药箭与毒烟球击败了由克拉科夫大公亨里克二世指挥的波兰军队。“蒙古军用一种妖术，随着大旗出现一种怪物，x形怪兽，口吐烟雾，臭恶难闻，蒙古军队为烟雾所掩而不能见，波兰军队死伤枕藉”（《世界军事革命史》），这种“x形怪兽”应该就是抛射毒火烟球的抛石机。
▲蒙古军队以抛石机发射爆燃弹攻城
第三次西征，蒙古军队中有火药抛手、火箭手、弩手、抛石机手，其中，火药和弩炮抛手共千人。1256年夏，旭烈兀亲统主力，以炮手军用火器攻破木剌夷国（今里海南岸的伊朗北部）都城，攻城的蒙古军队使用了火药瓶（罐）。在攻打阿拔斯王朝都城报达（即巴格达）时，蒙古军队郭侃等部使用了炮石、火药箭等各种火器。
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