V druhé polovině třicátých let vznikla v České zbrojovce nová konstrukce samonabíjecí pušky, jež znamenala odklon od původní vývojové linie a představovala natolik perspektivní řešení, že její finální podobu s označením ČZ vz. 39 navrhl v únoru 1939 Dělostřelecký a zbrojní odbor MNO k zavedení do výzbroje.
Geneze druhé vývojové linie strakonických pušek zůstává dosud poznamenána řadou otazníků, na něž se dosud nepodařilo najít odpověď. Nepotvrzená verze říká, že již v průběhu roku 1935 pracoval zaměstnanec mechanické dílny zbrojovky Jan Kostěnec (nar. 1909) bez vědomí svých nadřízených na vlastní konstrukci samonabíjecí pušky. Informace o ní se donesla až k vedení továrny a ve fázi těsně před dokončením byl Kostěnec předvolán k šéfovi konstrukce zbraní ing. Jaroslavu Malinovi a donucen zbraň ukázat. Protože využíval tovární materiál a stroje k soukromým účelům, bylo logickým vyústěním jeho propuštění z továrny, což mu také vedení sdělilo.
O své konstrukci však Kostěnec informoval 8. června 1935 MNO, jež následně uložilo Vojenskému technickému a leteckém ústavu, aby vzorek posoudil. VTLÚ doporučil konstruktérovi jednat ohledně projektu s vedením zbrojovky a nepochybně se ve stejném duchu obrátil i na ředitelství továrny. Puška byla předána do technické kanceláře Václavu Polankovi, přičemž do oddělení konstrukce zbraní přešel také její tvůrce. Kostěnec ale záhy pro neshody s Polankou, týkající se autorství principu zbraně, konstrukci opustil.
Přes veškeré nejasnosti je Kostěncův iniciativní význam a konstrukční podíl na nové vývojové linii strakonických samonabíjecích pušek zřejmě nepopiratelný. Na následném propracování nové koncepce samonabíjecí pušky se podíleli Václav Polanka, Jan Kratochvíl a František Myška.
Jednalo se o zcela odlišný přístup ke konstrukci zbraně. Zcela charakteristický znak představovalo pouzdro závěru kvadratického průřezu, jež nevycházelo ze „zlamovacího“ uspořádání jako předchozí řada pušek ČZ. Suvný horní kryt pouzdra závěru nesl v přední části otočnou napínací kliku s 90stupňovým pracovním úhlem. V těle napínací kliky byl uložen odpružený klín vymezující její polohu v obou krajních polohách. Při vztyčení kliky se přesunul segment ve tvaru kruhové úseče před opěrnou plochu nosiče závorníku a tahem směrem vzad došlo k natažení závěru. Otočením kliky do horizontální polohy se její vnitřní výstupek dostal do vybrání v pravé straně pouzdra závěru, a tím došlo k zajištění víka proti pohybu, takže při střelbě se napínací mechanismus nepohyboval. Nová puška měla tedy analogické ovládání jako zavedená opakovačka vz. 24, což z výcvikového hlediska zkracovalo čas nezbytný k výuce zacházení se zbraní na minimum.
Systém uzamčení sice také využíval sklopného závorníku, ale na rozdíl od předchozích pušek ČZ docházelo k uzamčení závorníku sklopením zadní části do dolní polohy. Uzamykací plocha tak ležela blíže ose hlavně, což vzhledem ke konstrukci pouzdra závěru snižovalo jeho namáhání a dávalo dobré předpoklady k vyšší životnosti. Zajímavým a v té době netypickým prvkem bylo uložení dvou symetrických vratných pružin ve vrtání vodicích bočních stěn nosiče závorníku.
Progresivním prvkem nové konstrukce bylo využití tzv. volného pístu s krátkým zdvihem, jehož zadní část narážela na odpružený odemykač se dvěma symetrickými rameny. Konce ramen přenášely impulz udělený pístu na boční vodicí stěny nosiče závorníku, tedy prakticky v ose hlavně, což eliminovalo nežádoucí vektorové působení sil na pouzdro závěru.
Nová puška již ale nebyla koncipována s odnímatelným zásobníkem, nýbrž s pevnou nábojovou schránkou, což ostatně odpovídalo alternativnímu výhledovému požadavku formulovanému VTLÚ při závěrečném hodnocení zkoušek v Plaveckém Podhradí z prosince 1935, jenž vycházel ze skutečnosti, že řadový vojín disponující armádní opakovačkou vz. 24 je vybaven sumkami s nábojovými pásky.
K jednotlivým vývojovým stádiím raných vzorků nemáme dosud dostatek informací. Víme, že továrna prováděla v součinnosti se zbrojně technickým úřadem ve Strakonicích (ZTÚ 7) střelecké zkoušky druhého modelu pušky s označením ČZ 36, o jejichž výsledku informovala VTLÚ dopisem ze 17. února 1937. V první polovině roku 1937 vznikl další vzorek pušky označený jako ČZ 37, jenž se od pozdějších exemplářů v několika detailech lišil. Expanzní pouzdro nebylo oddělitelné, nýbrž bylo pevně spojeno s hlavní prostřednictvím příčného kolíku. Uzávěra pouzdra neumožňovala spojení se závěrovým mechanismem při rozborce, takže ji bylo nutné provádět při uzamčeném závěru s jeho následným vytažením společně s pohyblivým víkem pouzdra a napínací klikou.
V další fázi vývoje vznikly prototypy vz. 38, zkoušené nejen ze strany VTLÚ, ale také v květnu a v říjnu 1938 v Sovětském svazu. Události roku 1938 byly natolik hektické, že v září nařízené opětovné zkoušky protiletadlové střelby se v důsledku mobilizace nekonaly a byly odloženy až na únor 1939. Také u pušek vz. 38 zůstalo jen u vzorků.
Konstrukční podoba pušky vz. 38 nebyla posledním stádiem meziválečného strakonického vývoje. V průběhu listopadu a prosince 1938 byl v továrně zhotoven a zkoušen upravený vzorek, jehož hlavní odlišnost spočívala v řešení odběru tlaku plynů z hlavně. Původní píst uložený paralelně pod hlavní a patentovaný odemykač byly nahrazeny trubkovým pístem navlečeným na hlavni, jehož zadní část nesla dvě symetrická ramena procházející pouzdrem závěru a přenášející impulz na nosič závorníku.
Do 14. prosince 1938 mělo pouzdro závěru takto upraveného původního exempláře pušky vz. 38 za sebou okolo 20 000 ran, závěrový mechanismus 3 000 výstřelů a nová hlaveň s pístovým ústrojím cca 1 500 ran. Téhož dne byla puška poprvé předvedena zástupcům VTLÚ, kteří s ní počítali pro plánované zkoušky v Plaveckém Podhradí.
Zkoušky se konaly od 20. ledna do 2. února 1939 a byly zaměřeny na funkci pušek za ztížených podmínek a ovšem také na protiletadlovou střelbu. Během nich puška absolvovala dalších 2 700 výstřelů. Výsledek vyzněl zcela ve prospěch strakonické zbraně, a tak byla na jednání výzbrojní komise konaném 13. března 1939 navržena k definitivnímu zavedení do výzbroje pod označením „puška vz. 39“. V technické zprávě připravené pro výzbrojní komisi MNO datované 27. února, jež shrnovala celou etapu vývoje samonabíjecích pušek, se již později schválené označení také v návrhu vyskytlo.