Официальной датой рождения Петровской слободы считается конец августа ‒ начало сентября 1703 года, когда по воле Петра I в устье реки Лососинки при участии ближайшего сподвижника Петра I А. Д. Меншикова состоялась торжественная закладка Петровского металлургического, пушечного и оружейного завода. Новое предприятие должно было стать одним из основных арсеналов русской армии и флота в ходе начавшейся в 1700 году Северной войны со Швецией, находившейся в зените своего могущества.

Вокруг строящегося завода, наряду с жилыми домами, появились дом коменданта, часовая башня, оружейные и хлебные амбары. На левом берегу реки Лососинки была сооружена небольшая дерево-земляная крепость ‒ «фортеция». С момента возникновения слободы началось и возведение культовых построек. Главным собором являлась новоманерная Петропавловская церковь, представлявшая собой четырехъярусную пирамидальную постройку, завершавшуюся высоким шпилем с крестом. Неподалеку от нее была построена теплая Святодуховская церковь, просуществовавшая до 1797 года.

На территории слободы, внутри фортеции, был построен также путевой дворец Петра I ‒ двухэтажное здание со множеством окон и открытым балконом с балюстрадой. Вокруг дворца был заложен сквер, послуживший началом современного городского Парка культуры и отдыха. Кроме царского дворца, в центральной части слободы возвели дом Меншикова, заводскую канцелярию, казначейство, гостиный двор, торговые лавки, тюрьму и здание архива. Примечательно, что Петр I четырежды, в 1719, 1720, 1722 и 1724 годах, посещал слободу во время поездок на курорт Марциальные воды.

Своего наивысшего расцвета Петровский завод достиг в 1713-1721 годах при талантливом специалисте горнозаводского дела, выходце из Голландии Виллиме Геннине. Наряду со знаменитыми пушками на нем выпускались ядра, различные виды холодного и огнестрельного оружия, корабельная оснастка. После победоносного завершения в 1721 году Северной войны объем производства на Петровском заводе стал постепенно сокращаться, и в 1734 году он был закрыт.