Заводские строения размещались на левом берегу сливного канала плотины. В состав нового завода входили две кричные фабрики (цеха) с двумя кричными горнами и одним молотом в каждой; якорная фабрика с двумя горнами и двумя молотами; кузница с четырьмя горнами; воздуходувные горизонтальные деревянные меха; мукомольная мельница.
Одновременно со строительством завода было решено основать и крепость. На гребне плотины был поставлен забор, а от ее краев построили деревянный частокол, имевший в плане вид большого прямоугольника, внутри которого находились все заводские строения и часть домов мастеровых и работных людей. Вне заводских стен располагались только церковь и небольшое количество жилых домов. Таким образом, Северский завод как крепость был включен в построенную В.И. де Генниным оборонительную линию вдоль реки Чусовой для защиты горных заводов Среднего Урала от набегов башкир-кочевников. На Северском заводе находился небольшой военный гарнизон.
Первая заводская продукция была получена 15(26) января 1739 года и отправлена на Сылвинский и Уткинский заводы. Завод был построен как железоделательный, или, как говорили в то время, «передельный», так как перерабатывал чугун, поступавший с Полевского и Сысертского заводов, в железо. Все перевозки осуществлялись гужевым транспортом.
Полевской, Северский и Сысертский заводы образовали Сысертский (первоначально — Полевской) горный округ.
Готовая продукция отправлялась на легких речных судах, барках-коломенках с Макаровской пристани. Железные караваны по рекам Чусовой, Каме, Волге доставляли продукцию уральских горных заводов в Центральную Россию, Санкт-Петербург и далее в Европу. Обратно барки не возвращались, поэтому взамен уплывших судов на Северском заводе строили новые. В соответствии с указами Сената от 29 января и 14 марта 1757 года, Берг-коллегии от 3 мая 1757 года и 29 июля 1758 года Северский, Сысертский и Полевской заводы были проданы за весьма символическую цену солепромышленнику и владельцу Троицкого медеплавильного завода в Соликамском уезде, титулярному советнику Алексею Федоровичу Турчанинову «без права переделки их без ведома Берг-коллегии». Рассматривая через 9 лет состояние заводов, горная комиссия осталась довольна его деятельностью — заводы работали лучше, чем под управлением казны.
В годы Крестьянской войны под руководством Е.И.Пугачева (1773-1775 гг.) завод оказался в зоне боевых действий. Сломить оборону Полевского, Северского и Сысертского заводов, оборонявшихся исключительно местными жителями, повстанцы не смогли.
После окончания войны Северский завод возобновил свою деятельность, но далеко не сразу смог достичь прежнего объема производства. В 1780 году было произведено всего 1,6 тысячи пудов железа.
В 1787 году в связи со смертью А.Ф. Турчанинова завод перешел к его наследникам.