Однако Н.Н. Демидов-младший, хотя и получил разрешение Берг-коллегии на сооружение на реке Шемахе завода с 4 кричными молотами, завод здесь не построил.
К весне 1812 года Л.И. Расторгуев построил в устье Шемахи, рядом с лесопильной мельницей, молотовый завод для передела чугуна Нязепетровского завода и кузницу с 2 горнами для производства барочных гвоздей. 14 мая 1812 года состоялся пуск завода (по другим данным пуск состоялся в 1814 году). В заводском поселке в 1812 году проживало около 500 человек.
В 1812 году на заводе имелась 1 кричная фабрика с 7 молотами. В 1818 году произведено 23,2 тысяч пудов железа, в 1819 году — 27,4 тысяч пудов, в 1821 году —30,6 тысяч пудов, в 1823 году — 18 тысяч пудов. В 1823 году завод стал собственностью Е.Л. Зотовой и М.Л. Харитоновой. В 1820-1830-х годах производственные мощности постепенно наращивались: к концу 1830-х годов действовало 14 кричных горнов, 13 кричных молотов, 4 кузнечных и 2 гвоздарных горна, 7 гвоздарных молотов, слесарная мастерская. При горнах имелись 2 воздуходувные машины (на 6 цилиндров каждая): первая обслуживала 10 горнов, вторая — 4. Энергетическое хозяйство состояло из 15 водяных колес общей мощностью в 250 лошадиных сил. Производилось в основном кричное полосовое железо (на один короб древесного угля получали в среднем 6,4 пудов железа), кроме того, вырабатывались гвозди, якоря, листовая болванка.
В 1822 г. решением Берг-коллегии образован Кыштымский горный округ. В него входили: Кыштымские — Верхний железоделательный и Нижний литейный заводы, листопрокатная фабрика; Нязепетровские чугуноплавильный и железоделательный заводы; Шемахинский железоделательный; Каслинские — чугуноплавильный, железоделательный и литейный заводы.
В 1830-1840-х годах объем на Шемахинском заводе производства имел непостоянный характер: в 1831 году приготовлено 29,9 тысяч пудов железа, в 1832 году — 17 тысяч пудов, в 1848 году — 18,5 тысяч пудов, в 1849 году — 29,5 тысяч пудов.
В 1851 году на заводе закрыта гвоздарная кузница. В 1858 году установлены новый кричный молот и воздуходувная машина, заменившая две устаревшие. Одновременно внедрен контуазский способ производства железа. В начале 1850-х годов трудовой коллектив состоял из 451 человека (в основном крепостных), в 1861 году на заводе трудилось 672 человека. В период отмены крепостного права завод испытал немалые трудности с комплектацией трудового коллектива, что отрицательно сказалось на объеме производства. Во второй половине XIX века заводское оборудование практически не модернизировалось: количество горнов и молотов в 1870-е годы сократилось до 12. Благодаря усиленной эксплуатации оборудования заводовладельцам некоторое время удавалось добиваться роста производительности: в 1852 году произведено 36,2 тысяч пудов железа, в 1858 году — 57,9 тысяч пудов, в 1860 - 45875 пудов железа, в 1866 году — 60 тысяч пудов. Однако износ оборудования привел к значительному падению объема производства: в 1871 году произведено 12,8 тысяч пудов железа, в 1876 году — 35,1 тысяч пудов, в 1879 году — 11,6 тысяч пудов.
На заводе выделывались сортовое железо и якоря (последних до 4500 пуд в год) из чугуна, доставлявшегося с Нязепетровского з-да. Рабочих числилось 918 чел. К 1870 в заводе имелись православная и единоверческая церкви, лесопильня, волостное правление, земский стан, приходское училище; в 1901 было открыто женское училище.
В конце века заводское оборудование настолько устарело и износилось, что весной 1893 года произошел массовый отказ рабочих от работы. Использование изношенного оборудования неизбежно вело к большому количеству брака, за который рабочих нещадно штрафовали, что и вызвало их возмущение. Выступления рабочих подтолкнули заводовладельцев к частичной реконструкции предприятия: в плотине сделан новый прорез, установлены первые паровые котлы и паровой молот, который начал действовать в 1898 году. На рубеже веков энергетическое хозяйство завода составляли 4 водяных колеса общей мощностью в 30 лошадиных сил, водяная турбина в 8 лошадиных сил, паровая машина в 10 лошадиных сил. Основное оборудование состояло из 6 кричных горнов, 2 вододействующих и 1 парового молотов, 4 кузнечных горнов. Завод производил полосовое и сортовое железо, якоря и гвозди (до 5 тысяч пудов в год). Чугун поступал с Нязепетровского завода. В 1900 году завод от наследников Е.Л. Зотовой и М.Л. Харитоновой перешел к обществу Кыштымских горных заводов.
Энциклопедия Брокгауза и Ефрона:
«Заводское селение имеет до 3000 жителей, наполовину раскольников-единоверцев, среди которых много сектантов: часовенные, липаки (поклоняющиеся липовому кресту), дверники и др. В окрестностях обширные леса, среди которых еще недавно было разбросано много раскольничьих скитов, ныне упраздненных».
Экономический кризис начала XX века предопределил судьбу заводу: производство железа постепенно сокращалось, часть оборудования простаивала. В 1905 году работали только 2 кричных горна. В 1907 году завод окончательно остановлен и более не возобновлял своего действия.
Кричная фабрика была переоборудована в мукомольную мельницу (в 1930 сгорела). Позднее в цехах бывшего завода размещались промартель, деревообрабатывающий завод. До настоящего времени от заводских строений сохранились 2 здания, выполненных из местного кирпича и дикого камня, части столбовых конструкций, на которых до начала 1970-х гг. стояла напильная мельница, и деревянная плотина.