При нажатии на хвост спускового крючка его фигурные выступы выходили из зацепления с боевым взводом курка. Курок под действием пружины разворачивался вокруг своей оси и наносил удар по ударнику. Ударник бойком разбивал капсюль-воспламенитель патрона. Происходил выстрел.
Пуля под действием пороховых газов двигалась по каналу ствола. Поскольку пороховые газы действовали через дно гильзы на затвор, связанный со ствольной коробкой, то автомат перемещался назад, таким образом, происходила отдача оружия. Как только пуля проходила газоотводное отверстие, часть газов устремлялась через него в газовую камеру, воздействуя на поршень, начиная перемешать затворную раму с затвором назад. После выстрела на начальном этапе отката затворной рамы затвор продолжал оставаться запертым. Затворная рама двигалась одна, выбирая при откате свободный ход (перемещение рамы из крайнего переднего положения до начала отпирания затвора). При этом происходило предварительное «страгивание» гильзы в патроннике, что достигалось благодаря скосу на левом боевом выступе, первоначально во взаимодействии с винтовым скосом сухаря разворачивающего затвор на месте на 36 градусов влево. Это было необходимо для начала расцепления выступов с боевыми упорами вкладыша ствольной коробки. Таким образом, гильза, прижатая зацепом выбрасывателя к зеркалу чашечки затвора, проворачивалась в патроннике, что позволило, благодаря сбросу остаточного давления в патроннике, помимо предотвращения разрыва гильзы, даже в случае сильного загрязнения патронника, извлекать деформированные или пригоревшие гильзы. Наличие свободного хода позволило исключить преждевременное отпирание затвора. Отходя назад, затворная рама (как и при отводе ее назад за рукоятку) задним выступом начинала поворачивать курок, а передним скосом фигурного выступа вращала затвор, выводя его боевые выступы из уступов ствольной коробки. Происходило отпирание затвора, и открывался канал ствола. К этому времени пуля успевала вылететь из ствола. После того, как поршень открывал отверстия для сброса остаточных пороховых газов в патрубке газовой трубки, газы устремлялись в атмосферу. В это время затвор подхватывался рамой, и они совместно продолжали движение назад по инерции. При этом затворная рама окончательно взводила курок, а затвор извлекал гильзу за проточку из патронника зацепом выбрасывателя. Извлечение стреляной гильзы в автомате Калашникова и отражение вправо через гильзовыводное окно крышки ствольной коробки обеспечивали установленный на затворе подпружиненный выбрасыватель и жесткий отражатель вкладыша ствольной коробки. Отпирание затвора и извлечение гильзы из патронника происходило при незначительном давлении пороховых газов в канале ствола и с небольшими усилиями.
В крайнем заднем положении рама ударялась о затыльник ствольной коробки и под воздействием разжимающейся пружины начинала движение вперед. Начинался период наката. Ведущей площадкой профильного паза рама вела за собой затвор, который, в свою очередь, при подходе к магазину выталкивал из него очередной патрон досылающим выступом. Патрон подавался в патронник. При сходе нижней профильной части затворной рамы с головки курка тот начинал вращательное движение и фиксировался своим предохранительным взводом на автоспуске. При доходе затвора в крайнее переднее положение патрон окончательно досылался в патронник, а его проточка заскакивала за зуб выбрасывателя.
Левый боевой упор, набегая на скос во вкладыше ствольной коробки, начинал выводить ведущий выступ затвора с ведущей площадки рамы. Спиральный профиль паза затворной рамы, находя на ведущий выступ затвора, разворачивал его. Боевые упоры затвора заходили за боевые выступы вкладыша ствольной коробки. Происходило запирание затвора. А в это время затворная рама продолжала движение вперед примерно на 5,5 мм, выбирая свободный ход, необходимый для надежной и безопасной работы автоматики.
Подобная конструкция запирания поворотом затвора ранее чрезвычайно часто применялась в различных образцах неавтоматического стрелкового оружия. Но только в автомате Калашникова эта схема позволила получить не только очень короткий узел запирания и иметь простые по устройству и надежно действующие механизмы запирания и отпирания, но и рационально распределить нагрузку на запирающем узле в момент выстрела, что, в свою очередь, значительно уменьшило массу затвора, а, следовательно, и массо-габаритные характеристики самого оружия.
Необходимо отметить и удачный выбор наиболее рациональной конструкции нового варианта автомата, все детали которого проектировались с учетом разброса допусков при массовом изготовлении, до предела было сокращено количество трущихся площадей и поверхностей, что сразу же повлияло на увеличение надежности работы оружия в любых. В том числе и в самых сложных, условиях; а также наличие высокого расчетного запаса на эксплуатационный износ деталей и узлов. Большая масса затворной рамы и мощная возвратная пружина обеспечили надежную работу механизмов в различных условиях, как нормальных, так и неблагоприятных, в том числе при запылении, загрязнении, загустении смазки; сухих деталях и т. п. Оружие оказалось приспособленным для безотказной работы в тяжелых условиях эксплуатации зимой и летом (диапазон изменений температуры воздуха достигал 100 градусов по Цельсию).
Однако некоторые изменения, внесенные в конструкцию первой модели АК-47, себя не оправдали. Так, конструкция муфты, выполняющей функции дульного тормоза вызывала множество претензий, поскольку, хотя кучность стрельбы АК-47 и в некоторой степени улучшилась, но звуковое воздействие на стрелков оказалось гораздо выше допустимых норм, а видимость пламени и воздействие пороховых газов на грунт (столбы пыли) стали демаскировать боевую позицию стрелка. Наряду с этим удлинение патронника негативно сказалось на условиях врезания пули в парезы ствола, что ухудшило кучность стрельбы. И все-таки, невзирая на отдельные недостатки и погрешности, в итоге работы группы Калашникова получился довольно компактный и легкий автомат.
Вскоре появился новый образец АК-47, в котором основательной переработке подвергся ударно-спусковой механизм автомата с выбором вида огня, снабженный флажковым переводчиком-предохранителем и автоспуском, исключающим спуск курка при незапертом затворе. Наряду с М.Т. Калашниковым и А.А. Зайцевым свой вклад в создание автомата внес и представитель ГАУ B.C. Дейкин, предложивший заменить неудачный механизм ранних образцов автомата Калашникова на более простой и надежный, впервые воплощенный чешскими оружейниками в самозарядной винтовке ZH-29, а впоследствии частично скопированный немцами при разработке МР.43. Ударный и спусковой механизмы были объединены в общий узел, размещенный внутри ствольной коробки на трех специальных осях. Ударно-спусковой механизм состоял из курка, боевой пружины, спускового крючка с шепталом боевого взвода, шептала одиночного огня, пружины шептала одиночного огня, автоспуска, пружины автоспуска и переводчика с рычагом. Новое решение ударного механизма куркового тина с отдельной боевой П-образной пружиной, выполненной из многожильной проволоки и работавшей на скручивание (заменившего прежний ударный механизм куркового типа с боевой пружиной сжатия), и курком, вращающимся в вертикальной плоскости, оказалось настолько удачным, что сохранилось во всех последующих модификациях автомата Калашникова.