В октябре 1559 года Ливонская война разгорелась с новой силой. Магистр Ливонского ордена Готард Кетлер попытался отбить Дерпт (Юрьев) и в ноябре осадил Лаис. Пред самой осадой царские воеводы сумели перебросить сотню стрельцов на усиление гарнизона, что сказалось на успешном отражении штурма и прекращении осады. Несмотря на то, что осаждающим удалось пробить брешь в стене, русские войска сумели заделать провал в стене, в том числе и благодаря слаженному огню стрельцов, не подпускавших неприятеля на близкое расстояние. Вскоре магистр был вынужден снять осаду, а царские воеводы перешли в контрнаступление.
Первые успехи в Ливонской войне царя Ивана Грозного связаны, с тем, что до этого в 1555-1556 годах ему удалось провести успешные реформы в том числе и в военном деле. Оценив эффективность регулярной огнестрельной пехоты под Казанью, он создает Стрелецкую Избу - государственное учреждение, в котором решались вопросы связанные с деятельностью стрельцов. В этот период стрельцы делятся на московских стрельцов и стрельцов городских. Организация их службы ничем не отличалась друг от друга, городские стрельцы были созданы по образу и подобию московских "выборных" стрельцов, только в других городах. А первому соединению с которого начался новый род войск просто оставили название "московские стрельцы", чтобы таким образом выделить и увековечить. Во времена же опричнины появились дворовые стрельцы, которые несли охранную службу при царском дворе.
Позже Стрелецкая Изба была преобразована в Стрелецкий Приказ, в ходе чего расширился штат чиновников, что говорит об усложнении структуры и самих стрелецких формирований. Стоит отметить, что помимо собственно воинской службы в повседневной своей деятельности стрельцы были задействованы в охране правопорядка в городах, таким образом являясь опорой государя на местах.
В это же время формируется тактика стрелецкого боя. Построение стрельцов того времени представляло собой восемь шеренг. Первые четыре из которых вели попеременно залповый огонь по противнику, а последние четыре шеренги стояли в готовности вступить в рукопашный бой. Именно для рукопашного боя были предназначены бердыши стрельцов. Главным противником московского государства того периода оставались татары, набеги которых были внезапными и весьма разорительными для государства, поэтому тактика стрелецких подразделений была разработана для противостояния легкой кавалерии, которая преобладала в войске степняков. Поэтому перед подразделениями в поле выставлялись рогатины - бревна установленные на крестообразной основе с заточенными остериями направленные в сторону противника, из-за которых и вели свой огонь бойцы. Кроме того русские воеводы разработали и активно применяли тактику "гуляй города" - передвижного полевого укрепления, которую успешно использовали в битве при Молодях, когда многократно превышающее войско крымского хана не сумело победить русские войска. Решительные и организованные действия стрельцов не позволили татарам разрушить укрепления "гуляй города", и переломить ход сражения. В действительности битва при Молодях показала то что господство татар в южно-русских степях подходит к концу, и что степняки ничего не могут противопоставить новым московским формированиям - стрельцам. Одновременно с этим, другие формирования - казаки, также вооруженные огнестрельным оружием, под руководством Ермака Тимофеевича ведут легендарный поход в Сибири, в результате которого Московское царство увеличилось в разы.
Так чем же были вооружены стрельцы того периода? На вооружении у стрельцов того периода были пищали - русский аналог аркебузы (ручное огнестрельное оружие распространённое в Европе того времени). Это были стальные стволы различной длинны, как правило граненные, установленные на деревянном ложе с прикладом. К пищали прилагалась сошка, с которой велся огонь, а сам стрелец был обвешан специальной портупеей на которой были закреплены небольшие пеналы с отмерянным зарядом пороха, которые в ходе боя он засыпал в ствол пищали. После чего из подсумка доставал пулю и пыж, затем при помощи шомпола он уплотнял заряд в стволе. Сам ствол имел отверстие у основания в боку, рядом с которым была небольшая металлическая площадка - затравочная полка, которая прикрывалась специальной накладкой при помощи простейшего механизма. Стрелец засыпал в затравочную полку небольшую порцию пороха, устанавливал тлеющий фитиль на специальную подставку перед затравочной полкой, после чего поднимал заряженную пищаль на плечо, тем самым демонстрируя командиру свою готовность к стрельбе. Затем шеренга стрельцов с готовыми к стрельбе пищалями прицеливалась и по команде делала залп. Во время залпа стрелец нажимал на рычажок у основания ложа в результате чего, при помощи нехитрого механизма затравочная полка открывалась, и к ней подносился тлящий фитиль. От чего порох в затравочной полке воспламенялся, и поджигал порох заряда в стволе, и пороховые газы с большой скоростью выталкивали пулю из ствола, придавая ей большую скорость и убойную силу соответственно. Всего в берендейке (именно так называлась перевязь с зарядами пороха у стрельцов) было 12 отмерянных "патронов". Т.е. в ходе боя им редко приходилось делать более двенадцати выстрелов. Помимо пищали стрельцы имели на вооружении бердыши или пики для противодействия, как коннице так и пехоте противника в рукопашном бою.
В свободное от походов время стрельцы занимались охраной порядка в городах на разнообразных торжественных и общественных мероприятиях, кроме этого, они регулярно проводили учения. В зимнее время насыпали сугроб из снега высотой с человеческий рост, и залпами его старались снести. В летнее же время ставились деревянные ворота и затем тренировались, стараясь создать равномерную кучность боя. Сложная процедура перезарядки пищалей требовала от стрельцов предельной концентрации и ловкости.
Также стрельцы участвовали в основании крепостей на вновь приобретенных территориях. Так в марте 1598 года в устье реки Яик (нынешний Урал) были посланы три воеводы и князь В.В.Кольцов-Мосальский вместе с несколькими сотнями казанских стрельцов и добровольцев из стрельцов московских вместе с семьями для постройки нового острога.
За свою службу стрельцы получали от царя оплату в виде 4-5 рублей серебром и 12 четвертей ржи (приблизительно 680 кг.). Десятинные имели жалование в 10 рублей, Проявивших себя в деле бойцов царь награждал золотой деньгой с изображением святого Георгия, которую удачливые обладатели носили на рукаве или крепили на шапку.
Стрелецкие командиры получали в кормление землю, кроме того, за успешные боевые действия царь их награждал одаривая золотом, шубами и другими предметами роскоши.
В конце XVI в. стрелецкое войско, появившееся в середине века, становятся основным родом войск Государства Московского.