Уже после первых боев против немецкой армии в 1941 году со всех фронтов начали приходить отзывы о ненадежности эксплуатации танков КВ-1. Из-за недостаточной технической подготовленности водителей, летней жары и высокой запыленности, очень часто происходили поломки двигателей. Кроме того, танк имел большую массу, и его не могли выдержать многие мосты. А в болотистой местности КВ-1 был просто беспомощным. Поэтому было принято решение по модернизации танка.

Мероприятия по усовершенствованию начали проводить осенью. Сначала это были полумеры, направленные на ликвидацию некоторых недостатков. Но точечная модернизация не дала должного результата. Тогда, весной 1942 года начали проводить общую модернизацию. Таким образом, на базе КВ-1 появился танк КВ-13.

Сборку КВ-13 провели в самые сжатые сроки. В начале мая танк начали испытывать. С новыми опорными и поддерживающими катками танк развивал максимальную скорость по шоссейной дороге 51,7 км/ч. Из-за недостаточных весовых характеристик разработали возможность использования траков от Т-34. Летом 1942 г. было запланировано проведение полномасштабных испытаний, но пришло распоряжение об остановке испытаний и начала серийного производства танка КВ-13. На тот момент танк был еще довольно сырым и имел много недоработок. Продолжение процесса модернизации перенесли на осень.

Кроме устранения недостатков танка, было запланировано установить на нем трехместную башню. Но этот процесс затянулся из-за последующих разнообразных поломок танка. На протяжении ноября на танке заменили ходовую часть, электрооборудование, бортовые редукторы и элементы охлаждения.

После обстрела танка на испытаниях 11-12 сентября, лобовая броня КВ-13 была усилена до 120 мм. Таким образом, масса танка увеличилась до 38 тонн. Это немного снизило максимальную скорость танка. В феврале в своем рапорте замнарком Ж.Я.Котин сделал доклад, что для завершения модернизации КВ-13 необходимо только доработать коробку передач, которая постоянно выходила из строя, а сам танк в боевых условиях будет настолько же подвижен, как Т-34, причем его защищенность будет лучше.

На следующем этапе модернизации появились два опытные танки. Они разработаны на базе опытных КВ-13 и имели некоторые доработки и изменения. Первый образец был укомплектован пушкой Ф-34М, а второй – башней от танка КВ-9 и гаубицей У-11. После этого улучшили ходовые свойства. Но оставалось еще много недоработок.

Испытания по вооружению опытные танки провалили. В итоге, серийное производство КВ-13 так и не было начато.