抗美援朝第五次战役时，志愿军装备了2110挺高射机枪，其中苏制1938式德什卡DSHK高射机枪是主力。该枪作为野战防空用的37和85毫米高炮的替补，专门打击超低空飞行目标。凭借在战场上的出色表现。1953年，我国开始仿制这种高射机枪。
当年10月，按照老大哥送来的全套设备和技术资料中国开始试制，期间，老大哥还派专家和技术工人来中国做指导。到了1954年的7月17日至8月12日期间，新式高射机枪终于通过生产鉴定，并被命名为54式12.7毫米高射机枪，开始生产并装备部队。
当时，承担生产54式高射机枪任务的，是代号为“9426”的国营山东前进配件厂。前进厂设计之初只生产“54式12.7毫米高射机枪”，所以，他们最开始启用的第一个厂名是“五四式12.7毫米高射机枪厂”。后来为了对外保密，就称为“国营山东前进配件厂”，后来干脆改名为“山东前进厂”。1975年，前进厂达成最高产量为802挺，1979年为军品收尾之年，生产了600挺。前进厂历年总产量是5833挺。
54式高射机枪，全称“1954年式12.7mm高射机枪”，简称54式12.7mm高射机枪。该枪口径12.7毫米，全枪长2323毫米，全重93千克。它采用导气式工作原理，闭锁片偏移式闭锁方式，击发机构为击锤平移式，供弹机构采用单程输弹方式，初速830—850m／s，枪口动能17000焦耳，理论射速540—600发/分钟，战斗射速80发/分钟。在战斗中通常采用5-10发短点射，或11-20发长点射，又或是连续式的发射方式。
该枪配备的弹药为54式12.7mm穿甲燃烧弹和54式12.7mm穿甲燃烧曳光弹。
其中54式12.7mm穿甲燃烧弹，全弹长147毫米，全弹质量130—137克，弹头质量48.3克。在100米距离处，对厚度为20毫米钢板的穿透率为90％；54式12.7mm穿甲燃烧曳光弹，全弹长147毫米，全弹质量115—124克，弹头质量43.9克。在100米距离处，对厚度为15毫米的钢板的穿透率为90％。
54式12.7毫米高射机枪，可对付1600米以内的空中目标及800米以内的地面轻型装甲目标和火力点，每挺机枪配70发开式弹链10条；容弹量70发的弹链箱10个、枪管2根。可安装在三脚架或轮式枪架上使用，在两种枪架上均可实现平射与高射状态的转换。
该型号高射机枪除了步兵使用的型号外，还衍生出“1954年式舰用机枪”和“1959年式坦克高射机枪”两个型号，二者的枪身部分与1954年式高射机枪相同，但改用车载/舰载座架。
54式12.7毫米高射机枪，是我军第一款制式高射机枪，装备部队后，受到官兵的一致好评，部队反映“该枪操作灵活，可分解运输，不受地形限制，可靠性好，故障少。”
在部队，54式高射机枪配属给团属高射机枪连。1964年全军大比武后，曾尝试将该型高射机枪下放到步兵营，增加一个营属高射机枪排，但最终没能执行，究其原因，还是因为54式高射机枪太重了。
1970年，“减肥”后的54式高射机枪设计定型，被命名为“54-1式高射机枪”，新机枪的改进包括将102千克的轮式枪架，换成55千克的三脚架，将作用不大的散热槽取消，枪身减重至33千克。然而，即便是“瘦身”到了55千克，这个重量对于骡马驮载来说还是太大。
到了1975年，我军对编制进行调整，步兵营机枪连下边编制一个驭手班，编有12匹骡马用于驮载枪械、弹药、器材和工具。步兵营机枪连装备的57式重机枪、53式重机枪，54式高射机枪，皆由这个班负责运送。57式7.62毫米重机枪，算上三脚架全枪重不过29千克，53式重机枪，全枪重也不过30.4千克，马匹算是负担得起。
就这样，54式高射机枪一直装备到1990年代才从我军的现役装备中彻底退役，服役时间长达30多年。
期间，该枪参加了对印自卫反击战、对苏自卫反击战、对越自卫反击战等多场战役，为保卫共和国立下了汗马功劳。
除了我军，54式高射机枪还装备了很多第三世界国家，参加了很多战斗，其中尤以越南用的最多！
抗美援越期间，我军将大量的54式高射机枪无偿支援越南，北越军用它专打美军直升机。
溪山战役中，北越装备的338挺54式或者DSHK高射机枪就给美第1骑兵师（直升机部队）造成了很大的麻烦，经常有直升机被击落或者击伤。甚至北越将机枪部署在山顶，伏击美军准备降落的C-130、C-123D、C-7A等运输机。
整个越南战争期间，美军一共有6000多架UH-1在越南参战，其中被击落、机械故障坠毁、在机场被炸毁或迫降后被遗弃就有3305架，1074名飞行员、1103名空勤射手和532名搭载士兵丧生，其中很多就是54式高射机枪干掉的。
北越军还经常用54式高射机枪平射，压制美军的7.62毫米机枪。
尝到甜头的北越军队，在主力部队每个连里面，都部署了1个54式高射机枪排，装备2挺机枪。
除了美军，苏军也曾吃过54式高射机枪的苦头。
苏军入侵阿富汗后，美军为援助阿富汗游击队大量采购武器装备，这当中就包括54式12.7毫米高射机枪。
阿富汗游击队的队员用毛驴托载着54式机枪，穿梭在阿富汗贫瘠的山头上，他们在那里埋伏着54式高机和毒刺式导弹，只要苏军的直升机低空支援或者降落抢救伤员，54式高机和毒刺式导弹就立即开火，苏军直升机当时就成为活靶子。
除了对付空中目标，阿富汗游击队还用它打苏军的装甲车。苏军的BMP步战车的侧面装甲很轻易地就会被54式高机的穿甲燃烧弹撕开，AK74和PKM机枪不管是射程还是威力都无法与54式抗衡，也就是AGS17榴弹发射器的30毫米榴弹可以勉强抵挡。
然而，美苏两个超级大国在战场上面对54式高机的失败战例，并没有引起我军的足够重视，结果导致在79年的对越自卫反击战中，我军被越军狠狠地上了一课。
越北地区，山高林密、多深谷，道路稀少。防御中的越军把高射机枪部署到道路两侧的高山上，利用高射机枪杀伤距离远的特点封锁道路。高机子弹口径大，一旦击中甚至可以将人拦腰打断，对步兵杀伤很大。架在山顶上的高射机枪，射界开阔，火力凶猛，可攻击1000-1500米内步兵和800米内轻型装甲目标及火力点。
我军当时步兵营一级是没有大口径机枪的，7.62毫米重机枪弹又无法压制敌人，导致开战之初，我军吃了不少的亏。
1979年2月17日，41军122师365团9连攻打南山。战斗中，5班、9班在向南山西侧高地越军主阵地冲击时，突遭越军设在山顶的12.7毫米高射机枪和东北侧凹地岩洞机枪的猛烈射击，9连立即让重机枪班组织火力压制。但是，我军的7.62毫米重机枪，根本就打不着对方，而且还是从低处向上仰射，重机枪班的正、副班长和2名战士先后牺牲，重机枪也被打哑。
同一天，14军42师126团8连攻打越军117号高地。经过激战8连成功占领高地。本来胜利就在眼前，但是立足未稳的8连遭到越军从三个方向的反击，敌人使用轻重机枪、高射机枪和迫击炮猛烈夹击。8连反击，但是机枪打不到越军，阵地上的碉堡已被摧毁，我军没有可以依托掩护的地方，暴露在阵地上。8连请求炮火支援，可炮击却迟迟不到。最终，8连在付出了伤亡60多人的代价后，被迫放弃阵地撤退。
整个对越作战期间，我军克制越军高射机枪的方法不多，效果也不太理想。58式14.5毫米高射机枪，需要汽车牵引，离不开公路，很难深入山地丛林支援步兵战斗。40火箭筒、82无后座力炮和重机枪因为射程不如高射机枪远，往往需要抵近射击，唯一能压制越军高射机枪的就是各种火炮和坦克。
这一情况，在之后的两山轮战中得到改变。
而54式高射机枪因为重量太大，在85式、89式等新型号高射机枪相继问世后，最终卸甲归田退出了现役。
