В 1881 году Максим, наконец, взялся за свой пулемёт, но по внешнему виду его оружие уже сильно отличалось от чертежей 1873 года. В 1883 году он представил чертёж своего пулемёта вниманию научного сообщества во время лекции в Париже. После этого Хайрем Максим обратился с предложением к правительству США о принятии его пулемёта на вооружение. Но изобретение никого в США не заинтересовало. В конце 1883 года он отправился в Великобританию, где его разработка первоначально также не вызвала особого интереса со стороны военных. В Лондоне он жил на съёмной квартире в Бэнксайде, запатентовал пулемёт в королевском патентном бюро и изготовил его опытный образец, а поскольку королевские власти отмахивались от изобретателя, Максим регулярно организовывал в лондонском Хэмптон-Гардене презентации своего пулемёта, предлагая своё изобретение вниманию иностранных военных и государственных чинов и демонстрируя его ошеломляющие боевые возможности. Король Дании Кристиан IX увидев пулемёт в действии назвал пулемётную стрельбу бесцельной тратой патронов, точно такого же мнения придерживалось большинство вельмож из числа его современников. Тем не менее, Максиму удалось обеспечить финансирование его проекта, так как этим всерьёз заинтересовался присутствовавший на испытаниях нового оружия британский банкир Натаниэль Ротшильд, согласившийся финансировать разработку и производство пулемёта. Кроме регулярных презентаций в Лондоне, Максим выезжал в зарубежные турне с показом пулемёта в различных странах.
Пулемёт Максима активно применялся РККА в Великой Отечественной войне. Его использовала как пехота, так и горнострелковые отряды, а также флот. Во время войны боевые возможности «Максима» пытались повысить не только конструкторы и производители, но и непосредственно в войсках. Солдаты часто убирали с пулемёта бронещит, тем самым пытаясь повысить манёвренность и добиться меньшей заметности. Для маскировки помимо камуфляжной окраски, на кожух и щит пулемёта надевали чехлы. В зимнее время «Максим» устанавливали на лыжи, санки или на лодку-волокушу, с которых и вели огонь. Во время Великой Отечественной пулемёты крепили на лёгкие внедорожники.
Сложно было применять «Максим» в горах, где бойцам приходилось использовать самодельные треноги вместо штатных станков. Значительные трудности в летнее время вызывало снабжение пулемёта водой. Кроме того, система Максима была весьма сложна в обслуживании. Много хлопот доставляла матерчатая лента — её трудно было снаряжать, она изнашивалась, рвалась, впитывала воду. С другой стороны, отмечались и положительные свойства «Максима»: благодаря безударной работе автоматики он был очень устойчив при стрельбе со штатного станка, давал кучность даже лучше, чем более поздние разработки, и позволял очень точно управлять огнём. При условии грамотного обслуживания пулемёт мог служить вдвое дольше установленного ресурса, который и так был больше, чем у новых, более лёгких пулемётов. Тем не менее, настоятельная необходимость замены «Максима» более современным оружием не исчезла, поэтому в 1943 году на вооружение был принят станковый пулемёт системы Петра Горюнова СГ-43 с воздушной системой охлаждения ствола. СГ-43 превосходил «Максим» по многим параметрам. Поступать в войска он начал во второй половине 1943 года. Между тем, «Максим» продолжал выпускаться вплоть до конца войны на Тульском и Ижевском заводах, и до завершения производства он оставался основным станковым пулемётом РККА. Последний факт применения пулемёта Советской армией произошёл в 1969 году.