Es begann nun eine Entwicklung, die den Washington Navy Yard bis zu seiner Schließung prägen würde: er wurde zu einer der wichtigsten Waffen- und Technologieforschungseinrichtungen und zur wichtigsten Waffenfabrik der US-Marine. So wurden in den folgenden Jahren die ersten Dampfmaschinen der Navy dort gebaut, John Adolphus Bernard Dahlgren, der mit dem Beginn des Sezessionskriegs zum Kommandanten des Stützpunkts ernannt wurde, verbesserte dort seine Dahlgrenkanone. Während des Krieges wurde im Yard auch die in der Schlacht von Hampton Roads beschädigte USS Monitor repariert und überholt.