В начале войны опытный отдел завода занимался модернизацией танка Т-34 и ремонтом машин, вышедших из строя в боях в районе

Харькова. Однако в эвакуации длительное время отдел не мог наладить нормальной работы из-за отсутствия подходящего помещения. Так, до июня 1942 года опытный цех размешался в тамбуре сборочного цеха и в цехе сборки артиллерийских передков, а затем был переведен в ангары аэродрома, совершенно для этого не приспособленные и удаленные от завода. С самого начала организации опытного цеха в Нижнем Тагиле он испытывал большой недостаток станков, оборудования и квалифицированном персонале. Никаких стендов для проведения испытаний не было, а в качестве опытной базы использовалось всего четыре танка Т-34. В результате, из заданных в 1942 году опытных тем удалось выполнить всего 88, а 13 оказались неоконченными и перешли на 1943-й год. Проблема недостатка персонала усугублялась тем, что руководство завода часто практиковало использование работников опытного цеха на других участках, например на конвейере по сборке танков или их узлов, а также на других работах, не связанных с опытным производством.

Несмотря на это, цех проделал за 1942 год большую работу по повышению качества танков Т-34, снижению их трудоемкости, а также по испытанию заменителей ряда дефицитных материалов и подшипников. Основными работами, которыми занимался опытный цех в 1942 году, можно считать проектирование и изготовление опытных образцов танков Т-43, артиллерийского тягача АТ-45, испытание 5-скоростной коробки перемены передач, командирской башенки и главного фрикциона с утолщенными дисками.

В 1943 году опытные работы велись более организованно, в результате чего удалось выполнить 167 различных тем, а километраж пробега имевшихся в распоряжении опытного цеха танков Т-34 составил 31391 километр (в 1942 году - 25732). Тем не менее, оставались большие проблемы с оборудованием, недостатком квалифицированных работников и большим количеством «побочных» работ. В качестве последних можно привести следующие примеры - устранение дефектов на 54 серийных Т-34 сдаточного цеха, изготовление трех спецтягачей, перевозка дров и угля для завода и цеха и т. п.

Основными опытными работами, которые вело конструкторское бюро завода и опытный цех в 1943 году были испытание танка Т-43, разработка и изготовление опытного образца Т-44, испытание планетарной трансмиссии, огнемета ОП-34, дымовых шашек, новой радиостанции, а также проектирование новых узлов Т-34 в связи с переходом на выпуск машин с увеличенной башней и 85-мм пушкой.