Zuses „Bedienungskombinatorik“ und „abstrakte Schaltgliedertechnik“ erlaubten den unmittelbaren Nachbau des mechanischen Gerätes Z1 als Relais-Rechenmaschine.
Zuse folgte dabei dem Rat seines Freundes Schreyer.
Er baute ab 1938 ein Rechenwerk, später Z2 genannt, in Relaistechnik. Zuse machte mit diesem Versuchsgerät wertvolle Erfahrungen.
Mitte 1940 begann Zuse mit dem Bau der Z3. Sie war im Mai 1941 funktionsfähig. Das Rechenwerk war elektromechanisch mit 600 Relais, der Speicher aus 1400 Relais aufgebaut.
Die Z3 kostete rund 25.000 RM. Sie wurde 1943 bei einem Luftangriff beschädigt und 1944 zerstört. Die Z3 von 1941 ist der erste voll funktionsfähige, frei programmierbare, programmgesteuerte binäre Rechenautomat. Der Programmablauf erfolgte in einer Schleife.