Чтобы зарядить пулемет, необходимо: открыть крышку приемника и положить ленту с патронами на лоток так, чтобы первый патрон зашел за фиксирующие пальцы, закрыть крышку приемника, повернуть флажок предохранителя вперед, в положение «огонь» и за рукоятку перезаряжания отвести подвижные части назад до постановки рамы на боевой взвод, вернуть рукоятку перезаряжания в исходное положение.
При нажатии на спусковой рычаг или кнопку электроспуска толкатель через рычаги толкателя и шептала выводит шептало из зацепления с боевым взводом затворной рамы. Затворная рама под действием возвратно-боевой пружины идет вперед и через серьги затвора увлекает с собой затвор. Затвор при этом удерживается от поперечного смещения левым ребром горизонтальной направляющей затворной рамы. Затвор своим левым верхним боевым выступом выталкивает патрон из ленты (патрон уже вдвинут из ленты съемником звена) и досылает его в патронник, а затворная рама, взаимодействуя своим наклонным выступом и профильным скосом с нижним рычагом качалки, передает движение механизму подачи. Ползун механизма подачи со своими пальцами перемещается вправо, совершая холостой ход. Его пальцы проходят под звеном ленты, а затем вновь опускаются и заходят за очередное звено ленты.
При подходе в переднее положение затвор своими выступами набегает на профильные поверхности вкладыша ствольной коробки и начинает смещаться влево. Затворная рама, продолжая движение вперед, с помощью поворачивающихся серег окончательно смещает затвор влево. При этом боевые выступы затвора заходят за боевые упоры вкладыша ствольной коробки. В этот момент верхний и нижний выбрасыватели заскакивают за фланец гильзы. По окончании запирания канала ствола левая шарнирная серьга, связывающая затвор с затворной рамой, окончательно поворачивается и бьет по ударнику. Последний продвигается вперед и накалывает капсюль. Происходит выстрел.
После прохода пулей газоотводного отверстия часть пороховых газов через отводной канал, газовый регулятор и патрубок поступают в полость газового поршня, где они расширяются и вызывают движение поршня, а с ним и затворной рамы, назад. Затворная рама при движении назад разворачивает серьги, которые перемещают затвор вправо и вводят его из зацепления с боевыми упорами вкладыша коробки — происходит отпирание. В момент отпирания происходит небольшое предварительное смещение (сдвиг) стреляной гильзы в патроннике, что облегчает ее последующее извлечение без риска разрыва. Затвор, двигаясь назад вместе с затворной рамой, извлекает из патронника гильзу, а затворная рама, взаимодействуя своим наклонным выступом и профильным скосом с нижним рычагом качалки, поворачивает его. Качалка поворачивает рычаги механизма подачи. Ползун подачи при этом перемещается влево и своими пальцами продвигает патрон со звеном ленты до упора в съемник звена. Звено находит на съемник, а патроны опускаются в приемное окно. При этом фиксирующие пальцы удерживают ленту с патронами от обратного перемещения, а фиксатор ограничивает перемещение следующего патрона. При подходе затворной рамы к отражателю она воздействует на его заднее перо, при этом переднее перо разворачивающегося отражателя смещает гильзу вдоль зеркала затвора вправо. Гильза все еще удерживается в затворе фиксатором.
В крайнем заднем положении затворная рама ударяется о буферное устройство и начинает движение вперед — под действием возвратно-боевой пружины и импульса буферной пружины. Далее — если шептало по-прежнему опущено — работа механизмов повторяется. Но теперь в затворе справа находится стреляная гильза. В момент нового запирания канала ствола толкатель рамы вытолкнет гильзу в гильзоотводный канал ствольной коробки. Оттуда ее вытолкнет вперед следующая гильза. Выброс гильз вперед и работа спускового механизма от толкателя позволяет монтировать пулемет НСВ на различных установках, включая танковые и фортификационные.
В станковом варианте пулемет обозначается НСВ-С-12,7. Повышению маневренных качеств пулемета способствовал отказ от универсального станка. Для стрельбы по наземным целям служит треножный станок 6Т7 конструкции Л.В. Степанова и К.А. Барышева. Пулемет крепится в люльке, на которой также смонтированы подпружиненный трубчатый приклад, пистолетная рукоятка, спусковой механизм, механизм перезаряжания, кронштейн прицела. Таким образом, органы управления стали принадлежностью станка, а не «тела» пулемета, что делает сам пулемет более универсальным. Приклад и пистолетная рукоятка намного повышают удобство управления, в то время как большая часть энергии отдачи через станок уходит в грунт, частично затрачиваясь и на смещение станка. Понятно, что это улучшает меткость стрельбы. Наличие плечевого упора позволяет вести прицельную стрельбы без закрепления станка на грунте. Плечевой упор в виде прямоугольной петли удобен для охвата ладонью при стрельбе или переноске. При нажатии на спусковой крючок утапливается толкатель спускового механизма пулемета. Механизм перезаряжания сделан тросовым по типу старых авиационных пулеметов: стрелок тянет рукоятку тросика, тот вращает барабан со звездочкой, приводящей в движение планку; планка же сцепляется с рукояткой перезаряжания пулемета. Механизм наведения по горизонтали — секторный, по вертикали — стержневой. Для лучшей устойчивости при стрельбе передняя нога имеет откидной сошник для мягкого грунта и клыкидля твердого, амортизирующую пружину. Регулируя положение ног, можно менять высоту линии огня от 310 до 410 мм. Стрельбу можно вести из положения лежа. В походном положении сложенный станок переносится за спиной вторым номером расчета. В бою расчет может переносить пулемет на станке за рукоятку ствола и приклад станка. Заметим, как изменилось отношение массы станка к массе «тела» пулемета — с 3,65 у ДШКМ до 0,64 у НСВ-С, но меткость стрельбы при этом не ухудшилась.
Конструкция 6Т7 позволяет крепить пулемет со станком на установках 6У10 и 6У11 непосредственно в амбразурах ДОТов, при этом их можно также быстро отделить для использования вне огневого сооружения. Установки 6У10 и 6У11 были разработаны Л.В. Степановым и приняты на вооружение в 1976 г.
Для стрельбы из НСВ служит также пулеметное металлическое сооружение СПМ-4. НСВ кренится в сооружении на штатном треножном станке, который размещается на кронштейне и с помощью откатника крепится к амбразурной стенке. Также для установки пулемета НСВ на станке служит одноамбразурное сборное пулеметное сооружение СПС-4, собираемое из железобетонных элементов.
Основным прицелом служит оптический СПП (10П50), крепящийся на ствольной коробке в задней части. Кратность увеличения СПП — переключаемая 3х или 4х, поле зрения — 12° или 6°. Прицельная сетка имеет дальномерную шкалу, а в оптическую схему включен люминесцентный экран для обнаружения источников инфракрасного излучения. На случай выхода из строя оптического прицела используют открытые механические прицельные приспособления, включающие секторный прицел с механизмом введения боковых поправок, укрепленный на корпусе спускового механизма, и мушку с предохранителем, укрепленные на стойке в дульной части ствола. Хорошие результаты в ночном бою дает НСВ с бесподсветным ночным прицелом усилительного типа 1ПН52-1 или НСПУ-5 (1ПН83). Прицел 1ПН52-1 имеет кратность увеличения 5,3х, поле зрения 7,6°, обеспечивает обнаружения бронецелей на дальности до 700 м, живой силы противника — до 300 м.
Одновременно с пулеметом приняли на вооружение и установку 6У6, разработанную в 1971 г. под руководством Р.Я. Пурцена. Установка состоит из треноги с сошником и верхнего станка, вращающегося на 360°, используется в основном для зенитной стрельбы. Она включает коллиматорный зенитный прицел ОП80 на особом кронштейне и оптический наземный ОП81. Большие углы возвышения и склонения позволяют использовать установку и для стрельбы по наземным целям в положении лежа; сиденье пулеметчика при этом используется в качестве приклада. Кроме того, НСВ-12,7 монтировался на горной зенитной установке ЗГУ-1 (вместо 14,5-мм пулемета КПВ).
Принятие нескольких установок, не требующих какой-либо доработки пулемета, позволило выбирать тип установки, наиболее соответствующий задачам. Станок 6Т7 предпочтителен в условиях противопартизанской войны, когда противник просто не имеет авиации, но установка 6У6 позволяет, например, обстреливать из низин горные склоны.
В условиях, когда подразделения действуют изолированно, на резкопересеченной местности с большим количеством укрытий, весьма перспективным кажется радиолокационный прицел на основе РЛС ближней разведки. В Чечне такие РЛС используются для обнаружения целей ночью и открытия огня из НСВ или автоматического гранатомета АГС-17 по пристрелянным рубежам. Антенный блок РЛС крепится на специальном кронштейне, не мешающем применению оптического или ночного прицела. РЛС «Фара-1» позволяет обнаруживать отдельного человека на дальности до 2 км, а автомашину — до 4 км.