Помимо "таранных учений", большое внимание Бутаков уделял артиллерийским стрельбам кораблей эскадры. В отличие от иностранных флотов, и особенно английского, где роль артиллерии паровых кораблей недооценивалась, в русском флоте ей придавалось решающее значение. Если, например, англичане считали, что артиллерийский огонь в морском бою должен вестись на малых дистанциях и при небольших скоростях хода, то в русском флоте совершенно четко представляли, что бой паровых броненосных судов будет быстротечным и артиллерийская стрельба в связи с этим будет вестись на больших скоростях хода при меняющихся дистанциях между противниками. Поэтому в приказе № 61 от 11 августа 1868 года Бутаков писал: "Будем же гоняться не за тем, чтобы в отчетных ведомостях о пальбе у нас стояли высокие проценты попавших ядер, а употребим все усилия, чтобы пальба подходила возможно более к тем условиям, которые предстоят в действительном бою, т.е. будем стрелять с неопределенных заранее расстояний и в движущиеся предметы"{124}.
В соответствии с этой установкой и была организована артиллерийская подготовка кораблей эскадры. Стрельбы проводились главным образом по треугольным щитам, буксируемым кораблями на встречных курсах. Изменены были также условия подготовительных стрельб по неподвижным щитам. Пользоваться буйками, показывающими расстояние до шита, было запрещено.
С невиданным упорством артиллеристы осваивали стрельбу в новых, более сложных условиях. Не прошло и месяца, как Бутаков с удовлетворением констатировал, что отмена всяких буйков при стрельбе по щитам нисколько не ухудшила меткости стрельбы. Наоборот, стреляя на ходу по неподвижным щитам, комендоры эскадры добились более высоких результатов.
Несколько хуже получалась стрельба по буксируемым щитам. Дальномеров, более или менее точно измеряющих быстро меняющиеся расстояния от корабля до щита, еще не существовало. Навыков в стрельбе в таких условиях личный состав почти не имел. Поэтому попаданий было немного. Однако, несмотря на трудности и неудачи, артиллеристы настойчиво стремились овладеть новым методом стрельбы. Бутаков понимал причины неудач и был уверен, что все трудности будут преодолены. "Что касается стрельбы в буксируемые шиты, - писал он в своем приказе, - то пробы наши указали, как их нужно строить в будущее время, и хотя в них попадали немного, но мне гораздо приятнее видеть на них маленькую царапину, чем ядро в яблоке неподвижного шита: одно - дело, другое - игрушка, игра в пушечки, которые уже не по нашему возрасту"{125}.
Стрельба в спокойных условиях, да еще по неподвижной цели - "это все еще не то, что может встретиться в бою среди открытого моря. Там нужны другие приемы, с которыми необходимо знакомиться заранее..."{126}
И Бутаков искал новые приемы, искал их неустанно, привлекая к поискам своих подчиненных. Так, в 1870 году, когда благодаря успехам русских ученых металлургов и конструкторов на кораблях были установлены стальные нарезные орудия большого калибра, что способствовало увеличению дальности и меткости стрельбы, а также увеличению веса залпа, Бутаков ввел в боевую подготовку артиллерийскую стрельбу на качке.
Усовершенствование минно-торпедного оружия навело Бутакова на мысль об усилении обороны броненосных кораблей от атак миноносцев путем установки скорострельных артиллерийских орудий небольшого калибра, имевших большие углы возвышения и снижения и большой сектор обстрела. Такая артиллерия могла бы открывать огонь по атакующим миноносцам с момента их обнаружения и вести его вплоть до приближения их к борту. В виде опыта на командирском мостике флагманского фрегата "Петропавловск" были установлены на шлюпочных станках две медные четырехфунтовые пушки, которые затем были перенесены с командирского мостика на специально сделанные для них мостики. Опытные стрельбы из этих пушек дали положительные результаты. К концу 1873 года Обуховский завод освоил изготовление металлических станков для четырехфунтовых пушек, что позволило Бутакову разработать проект противоминной обороны "Петропавловска". По этому проекту пушки, предназначенные для отражения атак миноносцев, устанавливались на выдающихся за борт корабля площадках, обеспечивающих угол обстрела по горизонту в 137°. И уже в кампанию 1874 года фрегат "Петропавловск" был первым в мире кораблем, вооруженным противоминной артиллерией, состоящей из десяти четырехфунтовых пушек, установленных на специальных станках. Батареи этих орудий получили название "летучих батарей". Позже, когда "Петропавловск" плавал в Средиземном море, его "летучая батарея" легкостью, удобством и целесообразностью устройства привлекала к себе внимание иностранных моряков.