В этот период Челябинск стал штабом танковой промышленности. Здесь располагался не только Наркомат танковой промышленности, но и головной проектный институт отрасли. Здесь ударными темпами готовилась рабочая документация, готовились задания на строительно монтажные работы на реконструируемых и вновь создаваемых танковых, бронекорпусных и моторостроительных заводах наркомата. Большинство из них располагалось здесь же, на Урале. И многие специалисты института находились непосредственно на этих предприятиях, занимались организацией производства. Институт так же разрабатывал техническую документацию на войсковой и капитальный ремонт танков и дизелей, а в конце войны готовил документацию на восстановление разрушенных заводов.

Немалые трудности вызвало перепрофилирование флагмана тяжелого машиностроения "Уралмаша". Завод предназначался для производства штучной продукции, уникального оборудования для металлургической и других отраслей промышленности. Выпуск серийной продукции здесь вообще не предусматривался. Поэтому работа в основном сконцентрировалась на вновь созданном броневом производстве. Был налажен выпуск крупногабаритных корпусов и башен тяжелых танков КВ. Уралмашевцы осваивали новые для себя технологии обработки и сварки броневой стали. Огромные станки, предназначенные для обработки сверхкрупных деталей приспосабливались для новой продукции. На фрезерных производились расточные работы, зуборезные нередко использовались как карусельные. В течение нескольких дней переместили и закрепили на новых фундаментах 500 станков. Самостоятельно изготавливали необходимое оборудование, все-таки "Уралмаш" - машиностроительный завод.

Но несмотря на все усилия, в августе 1941 года завод изготовил всего пять танковых корпусов из привозных заготовок. В график производства завод вошел в конце сентября. Рабочие "Уралмаша" наращивали темпы, находили способы усовершенствовать и ускорить выпуск необходимой фронту техники. Уже в первой половине 1942 года широкое распространение получила автоматическая сварка брони под слоем флюса. Вчетверо удалось снизить трудозатраты на механическую обработку корпусов, внеся изменения в документацию. Главный конструктор Ж. Котин их утвердил. Рабочие и инженеры, усовершенствуя технологии и методы работы, добивались удивительных результатов. Расточку корпусов КВ удалось с 18 часов сократить до 5, 5. Нередко станочники выполняли в смену 2-3 нормы, перевыполняя все мыслимые нормативы.

В 1942 году на "Уралмаше" начался расширенный выпуск бронекорпусов танка Т-34, а выпуск корпусов для КВ сокращался. К середине года на заводе уже действовали поточные линии, настроенные на изготовление однотипных деталей корпусов, широко применялась скоростная автоматичская сварка. Был предложен необычный способ производства башен танка Т-34. Их начали штамповать на прессе мощностью 10 тысяч тонн. Таким способом их изготовили 2670 штук. План второго квартала 1942 года был значительно перевыполнен. 150 работников получили за это достижение правительственные награды, а сам завод был награжден орденом Трудового Красного Знамени.

В этом же году орденом Трудового Красного Знамени был награжден и Уральский танковый завод за успешное освоение выпуска танка Т-34. Зимой 1942 года в Нижнем Тагиле началось интенсивное наращивание производства. В течение всего года производство танков непрерывно росло. За год их выпуск возрос почти в 5 раз. В это время на заводе находился академик Е. О. Патон, крупнейший специалист по сварочным процессам. Под его нпрямым руководством отрабатывалась и внедрялась автоматическая сварка корпусов под слоем флюса. В результате производительность труда повысилась в 8 раз! Работали поточные линии, а сборка танков производилась на конвейере. Прямо на заводе был разработан и внедрен метод отливки танковых башен из броневой стали в сырые формы с применением машинной формовки. Это резко повысило выпуск башен. Если в конце 1941 года в день производили 5-6 башен, то в 1942 году выпуск вырос в 6 раз - до 30-32 башен в сутки.

Тяжелый танк прорыва КВ был неуязвим для огня большинства противотанковых средств немцев, даже бомбардировка с воздуха не могла причинить ему большого вреда, за исключением прямого попадания авиабомбы. Единственным немецким орудием, пробивавшим броню КВ, была 88-мм зенитная пушка, имевшая очень высокую начальную скорость снаряда. Для усиления брони на вновь выпускаемые танки стали навешивать дополнительную броню (экранировать). Бронелисты крепили по бокам башни болтами. Производство КВ было чрезвычайно дорогим и трудоемким. Корпус и башня собирались из броневых элементов на заклепках и гужонах, в 75-мм броне требовалось просверлить более 1000 отверстий диаметром 25-30 мм, в 600 из них нарезать резьбу. Вот почему с начала выпуска конструкторы и технологи усиленно занимались упрощением элементов танка, снижением трудоемкости. Особое значение имела электросварка, благодаря которой можно было полностью отказаться от трудоемкой клепки. Упрощались различные элементы - люки, траки гусениц, что позволяло производить их методом штамповки. Детали, ранее изготовлявшиеся из кованого железа, теперь изготавливались из катанных заготовок. И вариант КВ, который начали в конце 1941 года выпускать в Челябинске, имел упрощенный корпус и литую башню. На нем стояла 76-мм пушка ЗИС-5, более простая, чем устанавливавшаяся раньше Л-11. Он по-прежнему оставался самым мощным нашим танком, противостоящим немецкой бронировананной технике.

Но уже в 1942 году он это свое преимущество начал терять. У противника появились мощные самоходные артиллерийские установки, предназначенные для борьбы с тяжелыми советскими танками. КВ, будучи высоким и маломаневренным, стал превращаться в удобную мишень для врага. К тому же у немцев появился подкалиберный бронебойный снаряд и появились с более высокой начальной скоростью снаряда. В этих условиях особую роль стал играть средний танк Т-34, более скоростной, маневренный и простой в производстве, но при этом равный танку КВ по бронезащите и огневой мощи. Пушки на них стояли одинаковые.

В июле 1942 года на ЧКЗ началась организация массового выпуска "тридцатьчетверок" при сохранении выпуска тяжелых танков. Была капитально переоборудована линия главного конвейера, на которой прежде собирались трактора. Значительную помощь в развертывании нового производства оказали откомандированные из Нижнего Тагила ведущие специалисты Уральского танкового завода. Уже 5 августа на сборку поступили первые узлы, а 22 августа с конвейера сошел первый танк Т-34.

Советская техника тоже совершенствовалась. В Челябинске основу конструкторского бюро ЧКЗ составили специалисты Ленинградского Кировского завод, на Уральском танковом заводе развернуло работу конструкторское бюро, эвакуированное вместе с Харьковским заводом. В конструкторском бюро ЧКЗ под руководством главного конструктора Ж. Я. Котина создавались перспективные модели тяжелого танка: КВ-7, КВ-8 и КВ-9. В экспериментальном танке КВ-7 вместо вращающейся башни была установлена неподвижная броневая рубка, а в ней две спаренных пушки. Имелся вариант и с тремя орудиями. Они могли вести залповый огонь или стрелять раздельно. В башне танка КВ-8 был установлен танковый огнемет АТО-41, выбрасывающий струю глрючей смеси на расстояние до 100 метров. Для того, чтобы разместить огнемет, пришлось 76-мм пушку заменить на более слабую 45-мм. В январе 1942 года после показа опытных образцов на подмосковном полигоне КВ-8 был принят к производству. На танк КВ-9 устанавливалась мощная 122-мм пушка-гаубица конструкции Ф. Ф. Петрова.

Весной 1942 года КБ Ж. Я. Котина приступило к проектированию нового танка, который при массе и скорости движения среднего танка, имел бы огневую мощь и бронезащиту тяжелого. Поскольку выявилось серьезное преимущество Т-34 по сравнению с тяжелым КВ, следовало создать принципиально новую боевую машину прорыва. Но работа над перспективной моделью КВ-13 была приостановлена. Обстановка на фронте не позволяла перестраивать производство, поэтому было решено без остановки серийного производства проводить модернизацию КВ. Для облегчения машины, снизили её высоту, уменьшили толщину бортовой брони и металлоемкость гусениц. Модернизировали многие узлы и агрегаты. В результате удалось уменьшить массу танка на 5 тонн, а скорость движения возросла с 34 км/час до 43 км/час. Новая модификация, получившая индекс КВ-1С хорошо показала себя в контрнаступлении под Сталинградом.