Высокий уровень защиты ИС-7 обеспечивался не только увеличением толщины броневых листов, но и за счёт значительного их наклона, а также применением дифференциального бронирования. Форма лобовой части корпуса была аналогична ИС-3 – «щучий нос» несколько сглаженных очертаний. Масса ИС-7 достигала 68 т. Поэтому для обеспечения достаточной подвижности требовалось повысить мощность силовой установки. Планировалось установить два дизеля В-11 или В-16 общей мощностью 1200 л.с., применив электрическую трансмиссию, аналогичную испытанной на опытном образце танка ИС-6 («объект 253»),

Однако до изготовления первого варианта ИС-7 в металле дело не дошло. Построили только его деревянный макет в натуральную величину и после устранения замечаний макетной комиссии в 1946 г. начали проектирование второго варианта. В том же году было принято решение о постройке двух опытных экземпляров. Ведущим конструктором машины назначили инженера Г. Ефимова, а общее руководство осуществлял А. Ермолаев.

Второй вариант «объекта 260» существенно отличался от принятого проекта.

Поскольку работы по созданию спарки двигателей В-16 не удалось выполнить в срок, на обеих опытных машинах установили дизель ТД-30, разработанный на базе авиационного двигателя АЧ-300. Для его охлаждения впервые на советских танках применили эжекционную систему. Вместо электрической трансмиссии пришлось поставить обычную механическую.

Нововведением в конструкции танка стала ходовая часть без поддерживающих роликов – верхняя ветвь гусеницы лежала непосредственно на опорных катках. Использование траков с резинометаллическим шарниром значительно увеличило износоустойчивость гусеницы и уменьшило шум при движении танка.

Первый экземпляр опытной машины вооружили 130-мм орудием С-26. Заряжание его было раздельно-гильзовым, масса снаряда составляла 33 кг. Поэтому для повышения скорострельности и облегчения работы экипажа установили механизм заряжания с пневмоприводом, разработанным совместно с НИИ артиллерийского вооружения.

Танк также вооружался двумя 14,5-мм пулемётами КПВ-44 и двумя 7,62-мм пулемётами ДТ. Однако в ходе разработки «ассортимент» оружия расширили. На башне смонтировали крупнокалиберный КПВ-44, отведя ему роль зенитного, два 7,62-мм пулемёта РП-46 спарили с орудием, два таких же боковых – поставили с обеих сторон корпуса на надгусеничных полках, ещё два РП-46 со следящим приводом разместили на турельной установке в корме башни.

Экипаж танка состоял из пяти человек, причём четверых из них разместили в башне: командира – справа от орудия, наводчика – слева и двух заряжающих – сзади; они же управляли и пулемётами.

Деревянный макет первого варианта танка ИС-7 в натуральную величину, выполненный для проверки компоновочных решений

Опытный экземпляр танка ИС-7, хранящийся в музее в Кубинке

Первый экземпляр опытной машины был готов 8 сентября, второй – 25 декабря 1946 г. На ходовых испытаниях они показали поразительную для такой машины скорость – 60 км/ч, средняя скорость по булыжной дороге составила 32 км/ч. Ни один из тяжёлых танков того времени не мог похвастаться такими скоростными характеристиками.

В течение всего 1947 г. параллельно с длительными испытаниями двух первых опытных ИС-7 велась работа по созданию его следующего – улучшенного – варианта. Так, усилили бронирование корпуса и башни после обстрела 88-мм, 122-мм и 128-мм снарядами на полигоне НИИБТ их образцов, изготовленных на Ижорском заводе. Толщину лобовых и верхних бортовых листов увеличили до 150 мм, поставив их под вертикальными углами наклона 50° – 52°, кормовых – до 70 мм при 55° наклона. Башне придали менее уязвимую форму – она стала более округлой; толщину её лобовой части довели до 240 – 350 мм при угле наклона 45° – 0°, боковых листов – до 185 – 240 мм при углах 30° – 45°. Такую броню, да ещё установленную под большими углами, не могли пробить самые крупные из существовавших в то время 128-мм и 130-мм бронебойных калиберных снарядов (БКС).

Новый вариант ИС-7 вооружили новой 130-мм пушкой С-70 с длиной ствола 54 калибра. Её БКС массой 33,4 кг имел начальную скорость 900 м/с и пробивал 163-мм броню, установленную под углом 30°, на расстоянии 1000 м, а 143-мм – на 2000 м.

Улучшенный вариант танка ИС-7 с новым 130-мм орудием С-70, заменившим С-26. Внешним отличием служила конструкция дульного тормоза с круглыми отверстиями. 1948 г.

Боекомплект С-70 составлял 30 выстрелов. Вместо довольно громоздкого пневматического механизма заряжания, использовавшегося на первых машинах, был разработан малогабаритный цепной механизм с электроприводом.

Характерным внешним отличием пушки С-70 от С-26 служила конструкция дульного тормоза: на С-70 он был с небольшими круглыми отверстиями, а на С-26 имел щелевую конструкцию.

Танк получил прибор управления огнём со стабилизатором, обеспечивавшим наведение прицела независимо от пушки. Приведение её ствола к стабилизированной линии прицеливания и производство выстрела происходили автоматически.

Количество пулемётов на ИС-7 довели до восьми: два – крупнокалиберные, остальные – 7,62-мм РП-46. Прибавился второй КПВ-44 на крыше башни – для ведения огня и по воздушным, и по наземным целям. Все они имели дистанционное управление. Боекомплект к пулемётам составлял 400 патронов для КПВ и 2500 – для РП.

На танке установили серийный 12-цилиндровый дизель М-50 мощностью 1050 л.с. при 1850 об/мин, применявшийся на быстроходных морских катерах. На прежнем ТД-30, созданном на базе авиационного АЧ-300, в ходе испытаний выявился ряд существенных недостатков.

Двигатель М-50 отличали довольно большие габариты, что потребовало новых конструктивных решений для его установки в танк без увеличения высоты корпуса. Пришлось разработать новые короткие торсионы подвески (т.н. «пучковые»), состоявшие из семи тонких стержней; такие, чтобы оказалось достаточно места для размещения картера двигателя. Сам корпус высотой 2426 мм оказался даже ниже на 300 мм, чем танк ИС-2, и на 24 мм, чем ИС-3.

Удалось обеспечить и требуемую плавность хода машины. Для этого применили гидравлические амортизаторы двухстороннего действия, поршень которых разместили внутри балансира подвески.

В течение 1948 г. на ЛКЗ изготовили четыре опытных образца нового варианта ИС-7. После проведения заводских испытаний их передали на государственные. Председателем Государственной комиссии был назначен генерал-майор А. Сыч. Главный испытатель Министерства транспортного машиностроения СССР Е. Кульчицкий так вспоминал об этих испытаниях: «Мне была оказана большая честь, я получил предложение первым придать движение этому замечательному танку. Трудно передать словами свои ощущения. При скорости более 60 км/ч эта тяжёлая машина легко откликается на самые незначительные усилия, прикладываемые к рычагам и педалям. Передачи переключаются маленьким рычажком, машина абсолютно покорна водителю».