兵器馆为军博之中最大的展馆，共占用两层的中厅以及东西两个室外展棚。其中一层以及室外展棚主要用于大型武器展示，二层则为枪炮弹药展示。一层入门后展示了两辆汽车，分别为朱德和毛泽东曾经的座车，两车均参加了1949年中华人民共和国开国大典。而在两边陈列的则为八路军和解放军从日本占领军和国民革命军缴获的重武器，有日本92式加农炮、美制加农炮、一辆日本轻型坦克等。一层主厅内中部陈列有中国海军舰艇的模型、火箭和弹道导弹模型，还有一枚东风-1短程弹道导弹实物的壳体。中间展区部左边陈列着歼-5、歼-8等4架飞机以及空舰导弹