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
Поскольку из серийных самоходно-артиллерийских установок первого поколения СУ-152 поступила в войска позже других, то формирование оснащённых ими частей началось уже после передачи самоходной артиллерии командующему бронетанковыми и механизированными частями РККА весной 1943 года. Однако по аналогии с организационно-штатной структурой ранее сформированных частей, вооружённых СУ-76 и СУ-122, оснащённые СУ-152 части самоходной артиллерии также решили формировать в виде тяжёлых самоходно-артиллерийских полков (ТСАП). Эта полковая структура была заимствована из артиллерии и была удобной в тактическом и организационном плане. Первый её вариант для ТСАП под № 08/218 при 12 СУ-152 и 361 человек в полку всё ещё сохранял некоторые особенности организационно-штатной структуры, характерные для «чистых» артиллеристов:С точки зрения иерархии подчинения тяжёлые самоходно-артиллерийские полки должны были принадлежать резерву Верховного Главнокомандования (РВГК) и использоваться для качественного усиления на направлениях главного удара танковых и стрелковых частей и соединений РККА. При этом они должны были действовать преимущественно в роли артиллерии усиления, нанося удары с закрытых огневых позиций, и лишь в случае необходимости переходить в боевые порядки войск для разрушения фортификационных сооружений противника, отражения его танковых контратак и противодействия его подходящим резервам.