После выпуска своего первого паровоза завод приступил к производству несколько улучшенного типа товарного паровоза 0-4-0, которому в 1912 году было присвоено обозначение серии 0в.
В 1901 и 1902 гг. Луганский завод выпустил паровозы разных модификаций для Московско-Брестской, Екатерининской, Сибирской и др. железных дорог страны; в 1903 году - для Екатерининской и Харьково-Николаевской железных дорог; в 1904 году ― для Петербургско-Варшавской и Харьково-Николаевской железных дорог. Наряду с выпуском паровозов механический отдел Луганского завода занимался изготовлением машин и механизмов для нефтепроводов, производил поковки, паровозные и вагонные оси, рессоры, котлы разных систем, трубопроводы, резервуары, баки, цистерны, металлоконструкции для мостов и прочую продукцию. Котлами снабжались многие электростанции, в том числе и заводская. В цехах завода изготавливались корпуса турбин для судов, топки, шаровые шарниры для нефтепроводов, стационарные машины мощностью 50 л.с. для нефтяной промышленности, чугунные снаряды, аппаратура для химических заводов, подъемники, смесители. В больших количествах отливались и обрабатывались секции отопительных батарей разных типов. По специальным заказам изготавливались шахтные копры, чугунные чаны и бочки для пороховых заводов, землесосы, паровозные поворотные круги.
Металлургический отдел завода производил литые мартеновские болванки, фасонное стальное, чугунное литье, радиаторы, медные отливки, сортовое, листовое, кровельное и оцинкованное железо, дымогарные трубы, огнеупорный кирпич.
Паровозный отдел мог выпускать в месяц до 20 паровозов с тендерами. Наибольшее количество паровозов было выпущено в 1905 году ― 245. Такой взлет был высоким не только для Луганского, но и для всех заводов на территории России. Впоследствии его никто не превзошел. Рост производства паровозов сопровождался максимальной загрузкой металлургических цехов, которые производили заготовки как для собственного потребления, так и для вывоза на рынок [10].
Значительному росту паровозостроения на заводе способствовало прежде всего усиленное строительство в России железных дорог: только с 1900 по 1917 годы было открыто для движения 15712 верст [8].
В 1903 году из металлургических отделов завода действовало несколько цехов. Мартеновский отдел состоял из нескольких построек. Главный корпус вмещал четыре мартеновских печи, рядом находились склад огнеупорного кирпича, слесарная мастерская, лаборатория и контора отдела. Чугунолитейная находилась южнее главного корпуса мартеновского отдела. Листопрокатный отдел располагался в каменном капитальном здании. По соседству со зданием генераторов листопрокатного отдела находился медноплавильный отдел, оборудованный медноплавильной вагранкой, печью для отжига меди с ванной и ремонтной мастерской. Трубопрокатный отдел был расположен к востоку от здания медноплавильного отдела. Здание центральной электрической станции и станции водоснабжения было построено к началу 1897 года.
Немного ниже на берегу реки было расположено двухэтажное каменное здание главной конторы. Первый этаж был приспособлен для конторы, второй - для занятий технической конторы и кабинета инженера отдела. Южнее конторы в каменном здании были расположены модельный, ремонтный и фонарный отделы.
Отдельное здание занимал котельный отдел. Для удовлетворения всех нужд отделов имелся специальный магазин. Для взвешивания ввозимых и вывозимых грузов был свой весовой помост, расположенный против магазина, на пути, соединяющем сеть заводских железнодорожных путей протяженностью около восьми верст с веткой Екатерининской дороги.
Передвижение вагонов как по собственным путям, так и по Екатерининской дороге до станции Луганск обеспечивалось тремя собственными танк-паровозами.
Паровозный отдел состоял из нескольких зданий, в которых располагались механическая, инструментальная, арматурная, болтовая и ремонтная мастерские, цилиндровый отдел, колесная мастерская, рамный отдел, сборная мастерская, где производились сборка паровозов и тендеров, а также испытания котлов. К сборной мастерской примыкало и располагалось параллельно ей здание, в котором размещались обшивочные и малярная. К ним примыкало здание, в котором помещались весовая, паровая и медно-котельная мастерские. Вдоль пути к центральной электрической станции на север от главного паровозного здания помещалась паровозная кузница.
На 1 апреля 1907 г. в техническом отделе завода работало 5 инженеров, 7 техников, 17 чертежников, 1 конструктор, 1 конторщик, 11 копировщиков. В 1909 г. на заводе работало 3159 человек, из них в паровозном отделе - 1015. В 1910 г. - 3172 человека, в паровозном отделе - 889 человек. Наибольшее количество рабочих с 1896 года по 1912 год было в 1906 году - 4072 человека, а наименьшее - в 1909 году [10].
В 1909 году вопрос о постройке паровозов типа 0-5-0 выдвинула Владикавказская железная дорога, которой в связи с ростом потребности в перевозках требовалось увеличить вес товарных поездов. Эскизный проект паровоза типа 0-5-0 был выполнен начальником службы тяги Владикавказской железной дороги инженером М.Е. Правосудовичем и заведующим техническим бюро этой службы инженером В.И. Лопушинским. Конструкторская разработка проекта этого паровоза была выполнена Луганским заводом. Кроме проекта паровоза типа 0-5-0 с нагрузкой от колесной пары на рельсы 16 тс, Луганский завод по своей инициативе разработал в двух вариантах проект паровоза этого типа с нагрузкой 15 тс для дорог с более слабым верхним строением пути. Паровоз типа 0-5-0 получил право на существование, и Луганский завод приступил к составлению его рабочего проекта.
В то же время в 1909 году Луганским заводом было построено 6 паровозов типа 2-3-0 серии А, которые впоследствии получили обозначение Б. В 1910-1913 годах Луганский завод выпустил 79 паровозов.
На 1 января 1912 года в структуре Луганского завода имелись 23 производственных отдела, цеха и другие службы. На заводе были установлены 1265 металлообрабатывающих станков и механизмов, 191 электромотор суммарной мощностью около 4 тысяч лошадиных сил, 35 паровых котлов с поверхностью нагрева 5743 квадратных метра, 20 паровых машин мощностью свыше 8 тысяч лошадиных сил, электрические краны общей мощностью 1000 л. с, паровые краны подъемной силой 52 тонны, гидравлические и пневматические подъемники общей подъемной силой 95 тонн, ручные краны общей подъемной силой 90 тонн. Водоснабжение осуществлялось насосами общей производительностью 2530 кубометров в час. Такая оснащенность обеспечивала ежегодное производство 240 паровозов, 6552 тонн чугунного литья, 65520 тонн стали, 573 тонн медного литья.
Паровозный отдел завода подразделялся на цеха: механический, сборочный, меднокотельный, малярный и инструментальный. На 1 июня 1912 года на заводе насчитывалось 3588 рабочих, из них в паровозном отделе по цехам: механическом - 41, сборочном - 210, меднокотельном - 134, малярном - 33 и инструментальном - 71 человек.
Первый директор Луганского паровозостроительного завода Я.И.Андерсон в 1902 году покинул завод. Его заменил родственник Гартмана, прибывший из Германии, Г. В. Трек, который в апреле 1904 года уступил место новому директору - К. К. Хржановскому.
Инженер-технолог К.К.Хржановский, из поляков, прибыл с Путиловского завода и оставался директором 14 лет, вплоть до начала 1918 г. К.К.Хржановский слыл рачительным хозяйственником, порядочным и объективным руководителем, умел ладить с рабочими. Одновременно с назначением К.К.Хржановского директором главным инженером завода был назначен австриец А.О.Деллер.
В 1899 году из 18 отделов и служб русские возглавляли только 5, причем у двух начальников отделов - мартеновского и котельной кузницы - помощниками были иностранцы. В шести основных отделах - мартеновском, прокатном, трубопрокатном, электрическом, котельной, кузнице и ремонтной мастерской - из 14 мастеров русскими были только двое.
Работы на заводе проводились круглый год. Наиболее рациональной считалась работа в две смены по 10-12 часов.
В начале 900-х гг. в машиностроительной и механической промышленности наметился процесс концентрации производства. В октябре 1902 г. с разрешения Министра финансов был создан синдикат под названием "Продамет" (Общество для продажи изделий русских металлургических заводов). Ядро синдиката составляли южные заводы. В числе этих заводов был и Луганский завод. Доля завода в поставках сортового железа и стали была определена в 2,6%, причем собственное потребление и переработка не засчитывались. В 1908 году из реализованных через "Продамет" 22 млн. пудов этой продукции на долю Луганского завода пришлось 572 тыс. пудов. К 1913 г. 17 крупнейших предприятий Юга вошли в состав нескольких крупных монополий. Луганский паровозостроительный завод участвовал также в соглашениях по сбыту чистого железа, сварных труб, сортового железа и стали [8].
После 1906 г. в паровозостроении наступил кризис. Общий выпуск паровозов всеми отечественными заводами достиг 1266, в 1907 г. он снизился до 823. Казенные заказы в этом году уменьшились в 1,5 раза против 1906 г. и почти в 2 раза против 1905 г. В железнодорожном строительстве наступило затишье. В 1908 году было открыто всего лишь 390 км новых железных дорог, в 1909 - 423, в 1910 - 178 км.
Достигнутая производительность паровозных заводов в 1906 году из года в год катастрофически сокращалась. Ища выхода из создавшегося тяжелого положения, в условиях ожесточенной конкуренции, паровозные заводы прибегали к экспорту паровозов.
Напряженная обстановка на заводе Гартмана наступила перед мартом. Именно тогда заводу грозила остановка, но она была предотвращена получением от юго-восточных железных дорог заказа на 19 товарных паровозов нового типа 1-4-0. Правление при этом согласилось не только на особые, потребованные Управлением этих дорог, изменения в основном казенном типе, но и на рассрочку уплаты на 3 года.