Основой устройства станкового самострела служил деревянный станок (ложе) с направляющим желобом для снаряда. В передней части станка был закреплен лук, концы которого соединялись тетивой. Лук был сложным и делался из нескольких проклеенных слоев древесины различных пород. Возможно, при его изготовлении использовались также кость и другие материалы. Тетиву делали из пеньковой веревки или жил животных. Лук и тетиву для защиты от непогоды покрывали изолирующими материалами, например воском. Лук, кроме того, обматывали ременными жгутами и оклеивали берестой.

На миниатюрах не изображены хвостовые части самострелов, поэтому о механизме для натягивания тетивы остается только догадываться. Однако в летописях говорится, что сила натяжения равнялась усилиям многих людей («одва 50 муж можашет напрящи»). Следовательно, в хвостовой части самострелов должен был существовать механизм в виде ворота, натягивавший тетиву. Отдельного рассмотрения заслуживает также устройство спускового механизма. Если присмотреться к миниатюрам, можно выделить два типа устройства. В одном случае оттянутая тетива заскакивала за некий выступ или крюк направляющего желоба, вероятно, установленный на вращающейся деревянной оси. При этом сам желоб был цельный. В другом случае станок самострела предстает перед нами не как единое целое, а в виде двух соединенных между собой брусьев, между которыми, очевидно, ходил ползун с гнездом для камня и зацепом для тетивы. Оригинальный механизм спуска ползуна был предложен В. Е. Абрамовым: ползун двигался по рельсам, которые по отношению к станку были расположены не горизонтально, а под наклоном; в результате по мере оттягивания тетивы ползун постепенно спускался вниз и в определенный момент тетива соскальзывала с колышков на ползуне. Выстрел происходил как бы автоматически.

Оба вида самострелов (с ползуном и без него), по-видимому, представляют эволюцию конструкции станкового самострела. При этом самострел с ползуном является более совершенной конструкцией.

Если принять, что самострелы и артиллеристы на миниатюрах изображены пропорционально, то можно сделать некоторые выводы о размерах орудий. Вероятно, величина станка самострела составляла около 2—2,5 м, лука — 1,5—2,5 м.

Не ясна конструкция опорной рамы для самострелов. Вероятно, орудия устанавливали на вертикальных стойках, врытых в землю. С помощью этих стоек орудиям мог придаваться необходимый угол наклона. При отсутствии стоек самострелы могли размещать на специальной земляной подсыпке или деревянной платформе.

Обычно дальнобойность метательных машин составляла 100—150 м. Установленные на таком расстоянии от крепостных стен орудия оказывались в радиусе действия луков и самострелов осажденных. Для защиты орудийной прислуги машины окружали тыном и окапывали. В крепостной обороне рычажно-пращевые машины, скорее всего, устанавливали за стеной и обстрел вели при помощи корректировщика, находившегося на башне или стене [8] . Крепостные станковые самострелы располагали непосредственно на башнях или стенах.

Осаждающие, вероятно, размещали пороки «батареями»; при большом численном перевесе и обилии осадной техники, возможно, сразу в нескольких местах. Вообще же число метательных машин редко было значительным.

Так, при осаде Колодяжена упоминаются 12 машин, при осаде Выборга — 6. Монголы иногда применяли до 30 орудий. В летописях часто говорится о непрерывности и методичности стрельбы, что не давало возможности осажденным чинить стены. Так, монголы часто обстреливали осажденные города днем и ночью, не давая защитникам крепости ни сна, ни отдыха. Сами же монголы разделяли свое войско на несколько отрядов и, пока одни воины сражались, другие отдыхали. Продолжительность стрельбы варьировалась — от 1 дня (осада Владимира и Люблина) до 7 недель (осада Козельска). При этом стрельба обычно велась на протяжении всей осады. Изготовление порока, установку его на позицию, руководство стрельбой и прицеливание осуществлял один и тот же человек — «порочный мастер».

Снарядами для камнеметов-пращей служили полуобработанные, округленные камни весом от 3 до 40 кг, обрабатывавшиеся, по-видимому, прямо на месте. Монголы использовали также обломки жерновов, разбивая их на два-три куска. Подобные снаряды в изобилии находят ныне на валах городищ. Особенно впечатляют раскопки Райковецкого городища, рассказывающие о последних днях жизни этого осажденного монголами города. При раскопках вала у ворот здесь был обнаружен завал из камней и обломков жерновов высотой около 1 м, а ниже были найдены скелеты людей.

Судя по миниатюрам, размер каменных ядер для самострелов в среднем был с человеческую голову (примерно 20—35 см). На некоторых миниатюрах изображены сразу два или три ядра в направляющем желобе. Вряд ли машина стреляла сразу несколькими ядрами. Наверное, миниатюрист просто хотел этим показать непрерывность стрельбы. Вероятно, иногда из самострелов стреляли и стрелами (болтами), хотя для Руси это скорее исключение, чем правило. Найдено всего пять таких болтов. Все они однотипные, имеют железный стержень и оперение из трех железных же лопастей; их вес — около 2 кг, а длина — примерно 170 см. Предполагают, что они служили носителями для воспламеняющихся составов.

Рычажно-пращевые машины (пращи) и самострелы, по-видимому, сосуществовали и дополняли друг друга. Каждый тип орудия имел свои достоинства и недостатки. Самострелы было легче и быстрее установить на осадные позиции, и осажденные могли стрелять из них через амбразуры в башнях и стенах. В то же время самострел не мог обстреливать цели за укрытием, для этого больше подходили пращи. Последние были и менее «разборчивы» в отношении снарядов (обработанные и необработанные камни, обломки жерновов, горшки с горючим, трупы людей и животных). Пращи с противовесом были также самыми мощными (некоторые из них могли стрелять даже снарядами весом в 100—200 кг), но зато наименее скорострельными. «Натяжные» пращи были значительно скорострельнее, но и существенно слабее.