Родился в деревне Клюшниково (ныне Ковровского района Владимирской области) в крестьянской семье. Окончил трехлетнюю школу. В 1916 г. Шпагин был призван в армию и попал в полвокую оружейную мастерскую, где детально ознакомился с различными отечественными и иностранными образцами оружия. После революции работает оружейным мастером в одном из стрелковых полков Красной Армии. В 1920 г. после демобилизации из армии Шпагин поступает слесарем в опытную мастерскую Ковровского оружейно-пулеметного завода, где работали в это время В. Г. Федоров и В. А. Дегтярев . С 1922 г. он активно участвует в создании новых образцов оружия. Наиболее значительными работами Шпагина явились модернизация 12,7-мм крупнокалиберного пулемета, получившего наименование ДШК , и создание пистолета-пулемета. обр. 1941 г. ( ППШ ). В годы Великой Отечественной войны Шпагин работал над организацией массового производства пистолетов-пулеметов своей системы на одном из заводов в восточной части страны, куда он был переведен в начале 1941 г., совершенствованием их конструкции и технологии производства, а также над разработкой сигнальных пистолетов. За создание новых образцов оружия Шпагину присвоено звание Героя Социалистического Труда, присуждена Государственная премия СССР. Он награждён тремя орденами Ленина, орденом Суворова II степени, орденом Красной Звезды и медалями.