A 18 ans, en 1851, il entre comme compagnon platineur à la manufacture d'armes de Châtellerault où son oncle Pierre-Auguste est contrôleur depuis 1848. Son père occupe alors la même fonction à l'Atelier Central d'Artillerie de Saint-Thomas-d'Aquin à Paris.
En 1856 Antoine-Alphonse Chassepot participe à la mise au point du mousqueton d'essai de cavalerie du général Arcelin. Ouvrier à la manufacture d'armes de Saint-Etienne il s'en inspire pour faire fabriquer des armes dont l'étanchéité de la culasse est obtenue par une simple rondelle de caoutchouc dit système Chassepot 1er type 1858 et 2ième type 1862. Son système est mis en concurrence avec celui de Manceaux-Vieillard fabriqué, lui, à la manufacture de Châtellerault. Ce dernier se révèle fragile et est rejeté.
En 1863, la fabrication de 16 armes à aiguille du système Chassepot à la manufacture d'armes de Châtellerault établit la faisabilité d'un tel modèle en manufacture. La commission permanente de tir de Vincennes se voit chargée d'établir les données balistiques les meilleures pour une arme de guerre. Chassepot applique les directives à son fusil expérimenté au camp de Châlons en 1866 qui est adopté et reçoit la dénomination officielle de " fusil modèle 1866 ". Ce fusil fut en service dans l'armée française de 1866 à 1874. En 1867, le général Failly peut écrire " les chassepot ont fait merveille " à la suite de la victoire de Mentana où les français soutenaient les armées pontificales contre les italiens.
Entre temps, Antoine-Alphonse Chassepot s'est marié à Châtellerault avec sa cousine Pauline, fille de Pierre-Auguste Chassepot, entrepreneur de fabrication à la manufacture de 1866 à 1878, conseiller municipal.
Enfin se considérant propriétaire de son invention qu'il avait déposée en 1857, Chassepot prend un brevet d'inventeur pour le fusil modèle 1866 que l'état français vient d'adopter et en cède par contrat l'exclusivité de fabrication à la maison Cahen-Lyon. C'est une faute disciplinaire grave et sans précédent pour un contrôleur d'armes de 1ère classe. Il est obligé de démissionner en 1870.