Однако молодой завод никогда еще не производил танков и не имел того опыта, которым располагали ленинградцы. Поэтому из Ленинграда была командирована группа конструкторов-кировцев во главе с М. Н. Ижевским и Л. А. Миркиным. С их помощью на ЧТЗ были изготовлены все узлы танка KB и 31 декабря 1940 г. произведена опытная сборка первого KB уральского производства. Тщательно оберегаемый от посторонних глаз экспериментальный танк собрали на небольшой площадке холодноштамповочного отделения механосборочного цеха. Одновременно в Челябинске началось строительство специального корпуса для сборки танков КВ. К серийному производству тяжелых танков в Ленинграде и Челябинске привлекалось много различных предприятий, что порождало трудности организационного и технологического характера, которые сдерживали производство машин в запланированном объеме. Одновременно с налаживанием серийного производства тяжелых танков главный конструктор Ж. Я. Котин организовал опытно-конструкторские работы, направленные на совершенствование своей тяжелой машины и проектирование новых образцов. Учитывая поступающие сведения о повышении бронебойных показателей противотанковых пушек армий наших вероятных противников, ленинградские конструкторы разработали проект нового более мощного тяжелого танка КВ-3, отличавшегося от КВ-1 тем, что при массе 51 т толщину брони корпуса и башни в лобовых проекциях довели до 90 мм. На танке установили 76-мм пушку марки Ф-32 с боекомплектом 111 выстрелов. На крыше башни смонтировали специально сконструированную командирскую башенку.

Увеличение толщины брони повышало уровень защиты, но отрицательно сказывалось на проходимости машины и надежности ее ходовой части, так как силовая передача оставалась без изменений. По этим причинам тяжелый танк КВ-3 в серийное производство передан не был, а, изготовленный в одном экземпляре, служил опытным целям в СКБ-2. Другая группа проектировщиков, в которую входили конструкторы Г. Н. Москвин и Л. Е. Сычев, работала над перспективной моделью тяжелого танка, получившего марку КВ-4. Этот танк разрабатывался в нескольких вариантах. Его лобовую броню рассчитывали довести до 130 мм, а мощность двигателя — до 1200 л. с. Опытный образец предполагалось вооружить 107-мм пушкой. Работа над 107-мм пушкой для тяжелого танка отражена в историко-мемуарной литературе. В сборнике «Советские инженеры» приводится весьма характерный для того времени разговор И. В. Сталина с артиллерийским конструктором В. Г. Грабиным. «— Здравствуйте, товарищ Грабин,— раздался в трубке голос Сталина.

— Вам не кажется, что для тяжелого танка ваша 76-миллиметровая пушка слишком маломощна? — Мы, товарищ Сталин, тоже считали, что для КВ-1 нужна 107-миллиметровая пушка, однако ГАУ не поддержало нас. — Я сожалею, что не знал об этом раньше... До тех пор, пока мы не перевооружим наш тяжелый танк, мы не сможем чувствовать себя спокойно...» Разговор этот имел продолжение у секретаря ЦК ВКП(б) А. А. Жданова. Когда В. Г. Грабин туда вошел, в кабинете уже находился главный конструктор тяжелых танков Ж. Я. Котин. «Поздоровавшись, А. А. Жданов жестом указал В. Г. Грабину на стул и тут же задал вопрос: — Товарищ Котин, назовите срок готовности вашего танка?

— За нами, Андрей Александрович, дело не станет. Пока Грабин справится с пушкой, танк будет готов. — Товарищ Грабин, а вы что скажете? — Мы дадим танкистам пушку через сорок пять дней... — Товарищ Грабин,— голос Жданова напрягся, а брови чуть сдвинулись к переносице,— нам сейчас не до шуток... — Я не шучу. Сорок пять,— повторил Грабин. — Такого еще не знала история артиллерии.

Вы хорошо подумали? Грабин остался верен своему слову. Будущей пушке присвоили индекс ЗИС-6...» О своей работе над моделью 107-мм пушки для КВ-4 вспоминает и сам конструктор артиллерийского вооружения В. Г. Грабин: «5 апреля 1941 г. И. В. Сталин поручил нашему конструкторскому бюро в кратчайший срок создать мощную 107-мм танковую пушку. Не прошло и полутора месяцев после начала проектирования, как нами был уже изготовлен опытный образец такой пушки...».