Во второй половине апреля 1942 г. КБ завода «Уралмаш», возглавляемое Л.И. Горлицким, приступило к проектированию САУ.

Пятого мая 1943 г. Государственный Комитет Обороны установил сроки и исполнителей по созданию новых танков и САУ. Изготовление САУ с 85-мм пушкой возлагалось на завод «Уралмаш». ЦАКБ должно было спроектировать, а завод № 9 Наркомата вооружений изготовить орудие для самоходной установки.

Еще зимой 1943 г. в ЦАКБ был выполнен проект 85-мм пушки (объект 237), предназначенной для опытного танка. Пушка получила индекс С-18. Баллистика и боеприпасы ее были те же, что у пушки 52К, а люлька — как у серийной танковой пушки ЗИС-5.

Два опытных образца С-18 были изготовлены на заводе № 9 Наркомата вооружений, причем в КБ завода № 9 в них внесли ряд изменений. В.Г. Грабин принципиально выступил против этих изменений. Заводские испытания обеих пушек прошли неудачно, в чем Грабин обвинил начальника КБ завода № 9 Ф.Ф. Петрова. Тот не остался в долгу и в неудачах винил Грабина.

В конце концов оба опытных образца пушки С-18 были доработаны и установлены на опытные образцы самоходных установок СУ-85-1 и СУ-85-4.

Пока шла доработка С-18, в ЦАКБ была спроектирована еще одна танковая пушка С-31, предназначенная для вооружения тяжелых танков КВ и ИС. Пушка С-31 разрабатывалась в двух вариантах — с баллистикой пушки 52К и с улучшенной баллистикой (начальная скорость снаряда 880—900 м/с). Для этого была использована гильза от пушки 52К, но метательный заряд увеличен.

Опытные образцы С-31 делали на заводе № 92. Вскоре по ряду причин работы над вариантом пушки С-31 с улучшенной баллистикой были прекращены, и дорабатывалась только пушка с баллистикой 52К.

В то же время Ф.Ф. Петров предложил свою 85-мм танковую пушку Д-51 с баллистикой 52К. Плотная компоновка и малая длина отката позволяли без переделки башни установить эту пушку на любой имеющийся тяжелый танк. Преимуществом пушки Д-5Т был также меньший вес казенной части, но в конструкции пушки имелось множество мелких деталей, требовавших высокой точности обработки.

ГАУ решило провести совместные полигонные испытания двух танков КВ и двух танков ИС, два из которых были вооружены пушками С-31, а два — пушками Д-5Т. На испытаниях лучше показала себя пушка Петрова, и она была принята на вооружение танков КВ-85 и ИС-85 (ИС-1). Постановлением ГКО от 7 августа 1943 г. 85-мм пушками Д-5С (модификация Д-5Т) были вооружены и самоходные установки СУ-85. Для установки Д-5Т в средний танк Т-34 требовалось увеличить диаметр шарового погона танка, чего в 1943 г. сделано не было, поскольку руководство ЦАКБ дало обещание разработать 85-мм пушку, которую можно было устанавливать на Т-34 со старым шаровым погоном. Однако реализовать этого не удалось, и для новой пушки ЗИС-С-53 пришлось увеличить диаметр погона с 1420 до 1600 мм. В течение нескольких месяцев 1944 г. 85-мм пушку Д-5Т ставили на танки Т-34 с увеличенным погоном и башней. В ходе эксплуатации пушек Д-5Т и Д-5С выявился ряд конструктивных недостатков, особенно были часты поломки подъемного механизма.

Летом и осенью 1943 г. были проведены конкурсные испытания 85-мм танковых пушек, специально сконструированных для Т-34: С-50, С-53 и ЛБ-1. Все они имели баллистику и боеприпасы пушки 52К.

По результатам испытаний лучшей была признана пушка С-53 и постановлением ГКО от 1 января 1944 г. принята на вооружение. Но уже в начале 1944 г. при полигонных испытаниях у нее выявились существенные дефекты противооткатных устройств. Объединенными усилиями завода № 92 и ЦАКБ пушка была доработана и поставлена на производство под индексом ЗИС-С-53[37].

Пушка ЗИС-С-53 была установлена на большинстве танков Т-34-85, а также на танках Т-44.

В 1945 г. ЦАКБ разработало модификацию ЗИС-С-53, снабженную одноплоскостным гироскопическим стабилизатором, однако в серию эта система не пошла.

Пушки С-53 изготавливали только в 1944 г. — их было выпущено 11 518 шт., а в 1945 г. сделали 14 265 пушек ЗИС-С-53.

Ствол пушки С-53 состоял из трубы-моноблока и казенника. Затвор — вертикальный клиновой с полуавтоматикой механического (копирного) типа. При выстреле противооткатные устройства откатывались вместе со стволом.

Люлька обойменного типа представляла собой стальную отливку. Конструктивно интересным было расположение тормоза отката и накатника под казенником, что благодаря люльке обойменного типа обеспечивало весьма плотную компоновку качающейся части и облегчало получение естественного уравновешивания качающейся части относительно оси цапф.

Подъемный механизм имел один сектор, расположенный слева от пушки. Прицелы марок ТШ-15 и ТШ-16.

Полная длина ствола составляла 54,6 калибра. Угол вертикального наведения составляла от —5° до +25°. Длина отката 280—320 мм. Вес качающейся части без бронировки 1150 кг. Практическая скорострельность достигала 5 выстрелов в минуту.

27 декабря 1943 г. вышло постановление ГКО о вооружении танков типа ИС и самоходных установок 100-мм пушкой, оснащенной механизмом облегчения заряжания.

Конструкторская мысль Грабина почти всегда опережала официальные постановления. К этому времени в ЦАКБ для тяжелых танков и САУ была создана пушка С-34 в трех вариантах: 100-мм С-34 (с баллистикой морской пушки Б-34), 85-мм C-34-IB (с усиленной по сравнению с пушкой 52К баллистикой) и 122-мм C-34-II (с баллистикой 122-мм корпусной пушки А-19). Интересно, что для 85-мм и 100-мм пушек С-34 в ЦАКБ были разработаны механические досылатели выстрелов и стабилизированные прицелы.

Главный конкурент Грабина в области танковых пушек Ф.Ф. Петров спроектировал 100-мм танковую пушку Д-10Т, разумеется, тоже с баллистикой Б-34.

Для испытаний 100-мм пушек Грабина и Петрова были переделаны два серийных танка ИС-85. Один из них, получивший название ИС-4 (объект 245), был вооружен пушкой Д-10Т, а другой — ИС-5 (объект 248) — пушкой С-34.

Преимуществом пушки Петрова была возможность втиснуть ее в боевое отделение ИС-85 без переделки, а вот для С-34 пришлось перекомпоновать боевое отделение и «перевернуть» броневую маску, чтобы наводчику было удобно разместиться справа от пушки.

Первые совместные испытания танков выявили конструктивные недостатки обеих пушек — конструкция орудийных люлек оказалась недостаточно прочной, из противооткатных устройств вытекал стеол. Пушки вернули на доработку. Но работникам полигона все же больше понравился танк ИС-5 с грабинской пушкой, обеспечивавшей лучшие условия работы наводчика и заряжающего.

Совместные испытания петровской пушки Д-10Т в танке ИС-4 и грабинской С-34 в танке ИС-5 были продолжены на Гороховецком полигоне с 1 по 6 июня 1944 г. Эти испытания показали более надежную работу механизмов пушки Д-10Т, но был отмечен ее недостаточный боекомплект (30 выстрелов), большая загазованность боевого отделения, а также трудности в работе заряжающего. У пушки С-34 вновь возникали неполадки, и, кроме того, откатывающаяся при выстрелах казенная часть орудия могла задеть командира танка, рабочее место которого рекомендовалось перенести правее.