Предполагавшийся на 1943 год заказ на 122-мм самоходные гаубицы заводу № 592 был отменен, а 11 февраля 1943 г. все изготовленные СГ-122, хранившиеся на территории завода, приказом по Наркомату вооружений были переданы в распоряжение начальника бронетанкового управления для формирования учебных танко-самоходных подразделений. В январе 1942 г. Каштанов предложил на базе СГ-122 создать 76-мм САУ. Решение о подготовке серийного производства штурмовой 76-мм САУ поддержки на трофейном шасси было принято 3 февраля 1943 г.

Конструкторский коллектив Каштанова был переведен в Свердловск, на территорию эвакуированного завода № 37, и приказом по Наркомату тяжелой промышленности преобразован в конструкторское бюро и начал доработку проекта СГ-122. Времени было мало, так как опытный образец САУ должен был быть готов к 1 марта. Поэтому приняли решение использовать 76,2-мм пушку С-1. Эта пушка была разработана под руководством В.Г. Грабина и предназначалась для установки в САУ. От танковой пушки Ф-34 она отличалась наличием рамки с цапфами, которые вставлялись в подцапфенники лобовой брони корпуса.

15 февраля 1943 г. начальник Отдела Главного конструктора Наркомата тяжелого машиностроения С. Гинзбург докладывал наркому о том, что «завод № 37 начал изготовление опытного образца 76-мм самоходной штурмовой пушки С-1», а 6 марта опытный образец новой САУ вышел на заводские испытания.

Испытания проходили в окрестностях Свердловска пробегом по дорогам и снежной целине с застопоренным и расстопоренным орудием. Несмотря на жестокие погодные условия (днем оттепель, а ночью мороз, доходящий до —35° С), машина проявила себя хорошо, и 20 марта 1943 г. была рекомендована для принятия на вооружение под индексом СУ-76 (С-1) или СУ-76И («Иностранная»).

Первые пять серийных САУ 3 апреля 1943 г. были отправлены в учебный самоходно-артиллерийский полк, дислоцированный в пригородах Свердловска. За месяц службы машины прошли от 500 до 720 км, на них обучались более ста будущих самоходчиков.

Тем временем по уточненным чертежам завод начал изготовление «фронтовой» серии из 20 САУ, которые большей частью также попали в учебные подразделения. Лишь с мая 1943 г. СУ-76 (С-1) начали поступать в войска.

Первые самоходки имели довольно экзотический вид. Их боевая рубка была сварена из бронеплит толщиной 35 мм в лобовой части и 25 мм или 15 мм в бортах и корме. Крыша рубки первоначально выкраивалась из цельного листа и крепилась болтами. Это облегчало доступ в боевое отделение САУ для проведения ремонта, но после боев лета 1943 г. на многих САУ крыша была демонтирована для улучшения обитаемости.

Первоначально в качестве командирских машин в самоходно-артиллерийских полках, вооруженных СУ-76И, использовали трофейные Pz. Kpfw III. В августе 1943 г. было принято решение об изготовлении также специальных командирских САУ, которые оснащались командирской башенкой от Pz. Kpfw III и радиостанцией повышенной мощности при сокращенном боекомплекте.

Последние СУ-76И были выпущены в конце ноября 1943 г. К этому времени недостатки отечественных СУ-76 уже устранили, и они в необходимом количестве отгружались на фронт заводом № 38 в Кирове и Горьковским автозаводом.

Всего за время серийного производства СУ-76И на заводе № 37 была выпущена 201 самоходка, из которых 20 командирских.

Боевое крещение подразделения, оснащенные СУ-76И, получили на Курской дуге. К началу июля 1943 г. в распоряжении 13-й армии Центрального фронта имелось 16 СУ-76 на трофейном шасси, причем в ходе оборонительных боев было потеряно восемь таких машин (три сгорели). Воронежский фронт также имел некоторое количество СУ-76И, но в отчете фронта на начало боев дано лишь суммарное количество всех САУ с 76-мм пушкой (33 штуки).

В ходе наступления на Орел Центральный фронт был усилен двумя самоходно-артиллерийскими полками, один из которых также имел машины на трофейном шасси (16 СУ-76И и один танк Pz. Kpfw. III).

2 августа 1943 г. в 5-ю гвардейскую армию прибыл 1902-й самоходно-артиллерийский полк в составе пятнадцати СУ-76И. До 14 августа полк в бой не вводился, а занимался ремонтом САУ и ждал пополнения автотранспортом (первоначально количество автомобилей в полку составляло 10% от штатной численности). В это же время на укомплектование полка поступило пять СУ-122. С 14 по 31 августа полк участвовал в пяти боях (в среднем на 2—3 боя больше, чем любой другой полк армии). За этот период самоходчики уничтожили 2 танка, 9 орудий, 12 пулеметов и до 250 вражеских солдат и офицеров. Согласно докладу командира полка от 1 сентября, «все машины, участвовавшие в предыдущих боях, имеют повреждения. Отдельные машины восстанавливались по нескольку раз, вся мат-часть СУ-76 (на базе Pz. III) изношена и находится в плохом состоянии. Полк был постоянно недоукомплектован, подготовка личного состава — удовлетворительная».

В сентябре 1943 г. полк участвовал в 14 боях, в которые одновременно вводилось от двух до семи машин СУ-76И. Своим огнем самоходки оказывали существенную помощь пехоте при отражении атак противника.

Наиболее результативные бои проходили 20—23 сентября 1943 г. при преследовании отходящего противника, когда группа из шести СУ-76И уничтожила три вражеских танка.

Обычно во время атак или преследования противника САУ следовали непосредственно вслед за танками, причем в отчете командира самоходно-артиллерийского полка отмечалось, что если бы «танки и САУ использовались более массированно, потери полка были бы существенно снижены».

Полк участвовал в боевых операциях до конца ноября. 25 ноября 1943 г. 1902-й Кременчугский самоходно-артиллерийский полк, потерявший все свои машины, убыл на переформирование отечественной матчастью.

Кроме 1902-го, самоходными установками СУ-76И оснащались 1901-й и 1903-й полки, которые также использовались в августе — сентябре при проведении Белгородско-Харьковской операции.

Кроме того, во время Курской битвы в некоторых полках имелись трофейные самоходки.

Самоходчики любили СУ-76И за то, что при наличии закрытого боевого отделения она не была такой тесной, как СУ-85, или трофейные StuG 40. Часто им приходилось выполнять типично танковые задачи — поддержку и сопровождение пехоты, борьбу с вражескими огневыми точками. И только наличие одного люка (а в 1943 г. немецких шасси с бортовыми лючками почти не осталось) затрудняло эвакуацию из СУ-76И в случае ее загорания.

Как это всегда бывает с трофейной техникой, СУ-76И часто попадали под обстрел своих войск. Так, при освобождении Левобережной Украины установка СУ-76И из 3-й гвардейской танковой армии в районе Прилук мирно ехала по шоссе с пехотинцами на броне. Экипаж танка Т-70 проигнорировал красные звезды на ее борту и с дистанции 300 м открыл огонь из пушки. Однако 45-мм снаряды не сумели пробить броню самоходки. Бой кончился нанесением телесных повреждений экипажу танка Т-70 расчетом СУ-76 и ее десантом.

В августе 1943 г. в конструкторском бюро Каштанова был разработан проект замены 76-мм пушки С-1 в СУ-76И на 85-мм пушку. Но 14 сентября главный инженер завода № 37 получил от начальника технического управления Наркомата тяжелой промышленности Фрезерова письмо следующего содержания: «Разработанный вами проект установки 85 мм пушки Д-5-С-85 на базу Т-3 (СУ-85И) в настоящее время реализован быть не может из-за отсутствия в достаточном количестве пушек Д-5 и неясностью вопроса с дальнейшей доставкой танков Pz III. Считаю целесообразным данную разработку временно прекратить, сохранив разработанный материал для возможного использования в дальнейшем».