Szpagin następnie opracował ulepszony układ zasilania w amunicję dla wielkokalibrowego karabinu maszynowego (wkm) DK Diegtariowa kal. 12,7 mm, który wcześniej produkowany był w małych seriach z powodu niskiej szybkostrzelności wynikającej z małych magazynków 30-nabojowych. Szpagin wyposażył wkm DK w bębnowy donośnik umożliwiający zasilanie taśmowe. Zmodernizowany wkm został przyjęty do uzbrojenia Armii Czerwonej w 1939 i skierowany do masowej produkcji pod oznaczeniem DSzK (Diegtariowa-Szpagina Krupnokalibiernyj – Wielkokalibrowy Diegtariowa i Szpagina), stając się drugim co do popularności na świecie systemem wkm-u.
W 1941 Szpagin skonstruował swój najsłynniejszy wzór broni – pistolet maszynowy PPSz, popularną „pepeszę”, wyprodukowany w liczbie 5,5 miliona sztuk podczas II wojny światowej, stanowiący w Armii Czerwonej podstawową broń tej klasy. Za PPSz-41 Szpagin został odznaczony Orderem Lenina i Nagrodą Stalinowską. Po wojnie Szpagin próbował dalej rozwijać konstrukcję pistoletu maszynowego PPSz-41, tworząc m.in. pistolet maszynowy PPSz-45, ale broń tej klasy nie była już tak potrzebna i nie odniósł dalszych sukcesów.