從外形看，頭車有點像一列長長的小火車，由屏風牌、頭車車廂、緒棚三部分組合而成。緒棚其實也是車廂，可以根據需要，一節一節拼接起來。屏風牌則用於遮擋敵方發來的砲石、箭矢，掩護車內的工兵。工兵站在車廂內，推着頭車往前走，一直將頭車推到要進攻的敵軍城牆下面。
這時，工兵拆掉屏風牌，開始挖掘地道，挖好的地道要趕緊安裝支架，以防倒塌；挖出來的泥土則用「絞車」傳送到緒棚。絞車就是古人發明的一種傳輸裝置，通過轉動轆轤，帶動傳輸帶，從而把東西從一個地方運送到另一個地方。這些挖出來的泥土用絞車運到緒棚，由緒棚裏的另一批工兵堆成掩體，用來掩護攻城的戰友。
隨着挖掘地道，頭車一尺一尺向前推進，緒棚也一節一節拼接，愈接愈長。直至將地道挖到敵軍城內，打通入城的通道，攻城的士兵從掩體衝出，通過地道攻進城中，便可將要攻克的城池拿下。
現代社會有時候也需要挖地道，比如修公路，修地鐵時就要挖隧道。大家知道挖隧道的機械叫甚麼嗎？叫做「盾構」。「盾構」挖隧道的情景，與宋朝的頭車挖地道有點相似，不過「盾構」的技術要比宋朝的頭車先進得多。
宋朝的兵工廠還有一個部門，叫做「火藥作」，負責製造火藥與火器。大家應該讀過魯迅的一句話：「外國用火藥製造子彈禦敵，中國卻用它做爆竹敬神；外國用羅盤針航海，中國卻用它看風水。」其實這是魯迅的偏見，因為宋朝已經開始運用火藥來製作能夠燃燒、爆炸的火器。
可以說，宋朝正處於從冷兵器向熱兵器發展的過程中。宋朝兵工廠能夠製造的熱兵器有火石砲、火球、引火球、蒺藜火球、霹靂火球、煙球、毒藥煙球等。這些火器的殺傷力，主要表現為燃燒或製造毒煙，而不是爆炸。不過，到了北宋末、南宋初，能夠爆炸的火器已經出現在戰場上，叫做「霹靂砲」。南宋與金國打仗時，曾用「霹靂砲」擊退金兵的進攻。