После устранения проблем, связанных с ходовой частью КВ-1, эти тяжелые танки стали играть особую роль при проведении контратак и в наступлении. Единственным относительно слабым местом оставалось вооружение — короткоствольная пушка калибра 76,2 мм, идентичная тем, что устанавливались на средних танках Т-34/76. Установка длинноствольной версии этого орудия также не удовлетворила командование Красной Армии, которое настаивало на внедрении мощного орудия, способного обеспечить или облегчить прорыв обороны противника. В результате была установлена 122-мм гаубица образца 1938 года. Такое орудие потребовало новой башни, которая оказалась не только хорошо защищенной (броня в лобовой части достигала 76 мм), но и весьма громоздкой — она стала явным демаскирующим признаком.
Повышение калибраНе успели выпустить первую партию танков с орудием калибра 122 мм, как конструкторы предложили применить 152-мм гаубицу образца 1938 года. Это была первая в мире попытка установить орудие такого калибра в танк, и она оказалась на удивление успешной. Боекомплект включал 36 выстрелов, максимальная начальная скорость полета бронебойного снаряда составляла 508 м/с, а осколочно-фугасного — 432 м/с, причем максимальная дальность стрельбы последним составляла 12 400 м. Дополнительное вооружение включало 2-3 пулемета калибра 7,62 мм с боекомплектом 3087 патронов. Вращающаяся на 360° башня имела автоматический привод. К недостаткам специалисты отнесли высокий силуэт и недостаточную мощность силовой установки — был установлен тот же двигатель, что и в КВ-1, хотя КВ-2 был тяжелее на 6 т.
Дальнейшее усовершенствованиеПоздняя модификация КВ-2Б была создана на шасси КВ-1Б, в передней части башни было установлено дополнительное бронирование толщиной 35 мм. Небольшое количество КВ-2Б было переоборудовано в огнеметные танки. В целом машины серии КВ-2 оказались не самыми удачными, и поэтому через некоторое время они были сняты с вооружения ударных частей.