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
По результатам анализа первых месяцев боевого применения СУ-152 организационно-штатная структура ТСАП была пересмотрена в сторону унификации с штатами полков, вооружённых СУ-76 и СУ-85, которые были более характерны для танковых войск. В новом штате № 010/482 для ТСАП при той же численности САУ количество личного состава полка было сокращено до 234 человек, а во взвод управления вводился «командирский» танк КВ-1с. Также ревизии подверглись разделение линейных САУ по батареям и организация служб тыла полка:Однако и этот вариант не был окончательным. В связи с запуском в серию новой САУ ИСУ-152 под них был разработан штат № 010/461, во многом унифицированный со штатом отдельного гвардейского тяжёлого танкового полка (ОГвТТП), всего 21 машина в обоих случаях. Этот вариант организационно-штатной структуры был признан оптимальным и просуществовал вплоть до конца войны:При формировании тяжёлым самоходно-артиллерийским полкам штата № 010/461 сразу же присваивалось звание гвардейских, причём они также имели статус отдельных (ОТСАП). Поэтому начиная с 1944 года в документах наблюдается разнообразие обозначений полков — одновременно используются аббревиатуры ТСАП, ГвТСАП, ОТСАП, ОГвТСАП в различных комбинациях строчных и прописных букв, а также точек при сокращениях. Весной 1944 года ТСАП на СУ-152 были переведены на штат № 010/461, но поскольку ИСУ-152 (а с апреля 1944 года и ИСУ-122) поступали в войска постепенно, то перевооружение шло по мере их поставок в РККА. При этом некоторые ТСАП на СУ-152 сохраняли старый штат, а другие переводились на новый, оставаясь с прежней материальной частью. Из-за нехватки СУ-152 бывали случаи, когда ТСАП комплектовались иными машинами, например, КВ-85 и наоборот — ОГвТТП получали СУ-152 взамен потерянных в боях или убывших на ремонт танков. Так в РККА появились отдельные тяжёлые танкосамоходные полки и впоследствии эта практика имела место вплоть до конца войны.