ИСУ-152
6 ноября 1943 года постановлением Государственного комитета обороны новая САУ была принята на вооружение РККА под окончательным названием ИСУ-152. В том же месяце началось серийное производство ИСУ-152 на Челябинском Кировском заводе (ЧКЗ). В декабре 1943 года СУ-152 и ИСУ-152 ещё выпускались на ЧКЗ совместно, а со следующего месяца ИСУ-152 полностью заместила свою предшественницу СУ-152 на сборочных линиях. 
В процессе производства в конструкцию ИСУ-152 вносились незначительные изменения, направленные на повышение боевых и эксплуатационных качеств и снижение себестоимости машины. 
Ввиду большой загруженности ЧКЗ выпуском тяжёлых танков ИС-2 бронекорпуса для самоходок ИСУ поставлял Уральский завод тяжёлого машиностроения (УЗТМ). 
В связи с нехваткой стволов гаубиц-пушек МЛ-20С с апреля 1944 года начался серийный выпуск САУ ИСУ-122, отличавшихся от ИСУ-152 только установленной артиллерийской системой (соответственно прицелом, боекомплектом и тенденциями в боевом применении) — вместо МЛ-20С в бронекорпус монтировались 121,92-мм пушки А-19С, которые в то время находились в избытке на складах вооружений. 
Во второй половине 1944 года был введён новый сварной нос корпуса из катаных бронеплит вместо одной цельнолитой детали, толщину бронемаски орудия увеличили с 60 до 100 мм. Также на САУ стали устанавливать 12,7-мм зенитный крупнокалиберный пулемёт ДШК и увеличили ёмкость внутренних и наружных топливных баков. Радиостанция 10Р была заменена на улучшенный вариант 10РК. 
С начала 1945 года на САУ стали устанавливать 12,7-мм зенитный крупнокалиберный пулемёт ДШК. Производство ИСУ-152 на ЧКЗ
СУ-152
Однако в конце 1941 года оставался не до конца выясненным вопрос о вооружении тяжёлой машины огневой поддержки. Известный советский конструктор Н. В. Курин продолжал работы над танком КВ-9, вооружённым 122-мм гаубицей во вращающейся башне. По сути эта машина была облегчённым аналогом КВ-2, как по массе, так и по огневой мощи. Другим направлением работ стало повышение мощности огня за счёт установки на одной машине нескольких пушек малого или среднего калибра. В начале 1942 года был испытан «артиллерийский танк» КВ-7 с вооружением из одной 76-мм и двух 45-мм пушек в рамочной монтировке в неподвижной броневой рубке вместо вращающейся башни. Предполагалось, что столь многочисленное вооружение позволит его гибкое использование — 45-мм пушки против слабобронированных целей, 76-мм пушку — против вражеских танков с мощной бронёй, а залп из любой комбинации орудий — против особо сильно защищённых объектов. Но эту идею фактически постиг крах — стрельба залпом из орудий с разной баллистикой за исключением огня в упор оказалась крайне неэффективной — 76-мм и 45-мм снаряды имели разные дальности прямого выстрела, не говоря уже о ведении огня на превышающие их дистанции. Также вследствие расположения 45-мм пушек не на оси вращения всей строенной установки при выстреле из любой из них возникал поворачивающий момент силы, сбивавший наводку всех орудий. Второй вариант КВ-7 был вооружён двумя 76-мм пушками, что позволило устранить первый недостаток, но сбивающий наводку момент при выстреле всё равно остался. Бо́льшую перспективу имел КВ-9, однако по сравнению с танком-базой КВ-1 он был массивнее, а следовательно его двигатель и трансмиссия были сильнее нагружены. Качество изготовления узлов трансмиссии КВ к началу 1942 года упало настолько, что именно из-за опасений её поломок на перегруженном КВ-9 этот проект был закрыт. Но идея такого танка не умерла — в частности, опытный танк ИС № 2 или "Объект 234" вооружался башней, прямо позаимствованной от КВ-9.