В процессе создания пистолета ГШ-18 Грязев решил воспользоваться наиболее удачными элементами из австрийского пистолета, в том числе сделать такую же пластмассовую рамку, полувзвод ударника и отказаться от внешних предохранителей. Кроме того, Грязев, как и его австрийский коллега Гастон Глок, отказался от ранее обязательного атрибута большинства служебных пистолетов — куркового ударно-спускового механизма с открытым курком, что обещало немалую выгоду: проектируемый пистолет должен был стать проще и дешевле. Кроме того, в этом случае появлялась возможность приблизить ствол к руке. При низком положении ствола пистолета снижалось неприятное восприятие стрелком отдачи оружия во время выстрела, позволяя таким образом вести более скоростную прицельную стрельбу из пистолета.
К основным особенностям этого оружия относится принцип действия автоматики с использованием энергии отдачи при коротком ходе ствола, что обеспечило минимизацию массы затвора.
При выборе типа запирания канала ствола Грязев решительно отверг запирание отдельной деталью — качающимся рычагом по типу 9-мм германского пистолета "Вальтер" Р.38, использованным конструкторами итальянского пистолета "Беретта" 92 и российского пистолета Сердюкова ПС "Гюрза". В оружейном деле существуют и другие виды запирания без использования отдельных деталей, например, изобретенный Джоном Мозесом Браунингом перекос ствола. Или запирание поворотом ствола, впервые использованное талантливым чешским оружейником Карелом Крнкой.
Попытка осуществить в ГШ-18 запирание перекосом ствола от взаимодействия его клинового выступа с рамкой по типу пистолета "Глок" успеха не имела. Этот способ был привлекателен тем, что запирание производится без вспомогательных деталей, и тем, что при перекосе ствола казенник его снижается к магазину, что облегчало досылку патрона в патронник. Тогда в конструкции механизма запирания ствола ГШ-18 была использована серьга, как у пистолета ТТ. Механизм с серьгой имел больший коэффициент полезного действия, но и он не выдержал проверки в затрудненных условиях. Также не увенчалась успехом попытка применить поворот ствола по типу австрийского пистолета "Штейер" М 1912. При запирании этого типа ствол проворачивался на 60 градусов, и при столь большом угле его поворота много энергии затрачивалось на преодоление сил трения. Задачу удалось решить лишь после резкого уменьшения угла поворота ствола — до 18 градусов, при этом запирание стало осуществляться поворотом ствола на 10 боевых упоров, что, в сочетании с полимерной рамкой, способствует уменьшению воспринимаемой отдачи. Поворот ствола после короткого хода перенаправлял часть энергии отдачи на вращение ствола, а полимерная рамка, выполненная из полиамида, придавала оружию оптимальную упругость и жесткость.
Пистолет ГШ-18 получил ударно-спусковой механизм двойного действия ударникового типа с предварительным частичным взведением ударника при движении затвора и довзведением при нажатии на спусковой крючок.
Заманчивой оказалась идея применить в новом пистолете ударно-спусковой механизм с полувзводом ударника. Эта идея, впервые использованная еще в начале ХХ века Карелом Крнкой на пистолете Рота, после многих десятилетий забвения была возрождена Гастоном Глоком, но уже на современном технологическом уровне. На пистолетах "Глок" при откате кожуха-затвора не происходило сжатия боевой пружины, не сжималась она и в начальной стадии наката, лишь при некотором недоходе к крайнему переднему положению боевая пружина через ударник стопорилась шепталом. На оставшемся пути возвратная пружина, преодолевая усилие боевой, доводила кожух-затвор в крайнее заднее положение, при этом сжимая боевую пружину примерно наполовину ее боевого хода.
Но и идея полувзвода в своем первозданном виде у туляков не прошла. В затрудненных условиях возвратная пружина не всегда была в состоянии преодолеть усилие боевой пружины, и затвор останавливался, не дойдя до ствола. И здесь Грязев снова поступил по-своему.
На пистолете ГШ-18 при отходе кожуха-затвора в крайнее заднее положение происходит полное сжатие расположенной вокруг ударника боевой пружины. В начале наката кожух-затвор устремляется вперед под действием двух пружин — возвратной и боевой, выталкивая на своем пути патрон из магазина в патронник ствола. Ударник останавливается на шептале, а затвор от усилия только одной возвратной пружины доходит до конечного положения. Таким образом была осуществлена идея остановки ударника на полувзводе, но совершенно в ином исполнении, гораздо лучшем, с точки зрения баланса энергии откатных частей.
В своем пистолете Грязев использовал 18-зарядный магазин с двухрядным, шахматным расположением патронов и их перестраиванием на выходе в один ряд. Этим он существенно облегчил компоновку других механизмов пистолета, в частности, тяги спускового крючка. Одновременно с этим улучшились и условия досылки патрона из магазина в ствол. Наряду с этим обращает на себя внимание, что магазин пистолета ГШ-18 получил относительно сильную подающую пружину, что гарантировало надежность подачи патронов. Защелка магазина смонтирована позади спусковой скобы и могла легко переставляться на любую сторону пистолета. При небольшом нажатии большим пальцем магазин выпадает из пистолета под своим весом.
Одной из серьезных проблем стало то, что в экстремальных испытательных условиях кожух-затвор в накате иногда полностью терял накопленную энергию и останавливался, упираясь извлекателем в донце досланного патрона. Недоход затвора до крайнего переднего положения составлял всего лишь полтора миллиметра. Однако преодолеть усилие пружины извлекателя у затвора сил уже не хватало.
Из этого, казалось бы, тупикового положения Грязев нашел элементарный выход — он изобрел беспружинный извлекатель. Зуб извлекателя принудительно заводился в проточку гильзы козырьком ствола, при вращении во время запирания. При выстреле ударник, проходя через отверстие в извлекателе, жестко скрепляет его с гильзой и прочно удерживает ее в откате до встречи с отражателем.