Первые бои Советско-Финской войны, в которых приняли участие тяжелые танки КВ-1, наглядно продемонстрировали эффективность этого класса бронетехники. 76-миллиметровой пушки танков было достаточно для поражения любых бронированных целей. В то же время, это оружие не позволяло уничтожать множество видов фортификационных сооружений. Если деревоземляную точку можно было разбить при помощи снаряда калибра 76 миллиметров, то для пробития бетонных стен более серьезных сооружений этого оружия уже не хватало.
Военный Совет Северо-Западного фронта предложил усилить вооружение тяжелого танка. Вместо 76-мм пушки они хотели видеть гаубицу калибра 152 миллиметра. Опыт эксплуатации полевой артиллерии такого калибра показывал ее достаточную мощь для того, чтобы эффективно бороться с серьезными укреплениями противника. Военное руководство страны одобрило это предложение и в январе 1940 года конструкторское бюро (СКБ-2) Кировского завода (Ленинград) получило задание оснастить танк КВ-1 152-мм гаубицей. На выполнение важного задания дали всего несколько дней. Из-за этого конструкторский коллектив под руководством Ж.Я. Котина был вынужден перейти на казарменное положение. Рабочий день инженеров длился по 16-18 часов. Свободного времени хватало только на сон, да и то не всегда.
Первоначально в качестве вооружения для обновляемого танка рассматривалась 152-мм гаубица образца 1909/30 годов. Она имела подходящие для установки на танк габариты, но при этом ее характеристики были уже недостаточны. Затем взгляд конструкторов и военных пал на 152-мм гаубицу обр. 1938 года, также известную под названием М-10. Огневые характеристики этого орудия были гораздо лучше, чем у предыдущего. В то же время, казенная часть гаубицы и ее противооткатные устройства имели такие размеры, при которых требовалась новая башня. Собственно говоря, большая часть отведенного на создание танка времени ушла на создание новой башни. По сравнению с башней КВ-1 она имела большие габариты, хотя диаметр погона остался прежним. Благодаря этому не понадобились трудоемкие переделки бронекорпуса и ряда систем. Новая башня получила индекс МТ-1. Примечательно, что новый тяжелый танк с гаубицей большего калибра в документах обозначался как «танк с большой башней». Оригинальный КВ, в свою очередь, в этот период значился под названием «танк с малой башней».
В ходе глубокой модернизации танка КВ была немного изменена ходовая часть. Трансмиссия, гусеничный движитель и ряд сопутствующих систем остался без изменений. При этом был установлен новый двигатель. Дизель В-2К после доработки имел большую мощность – 600 лошадиных сил – что, однако, не дало значительного повышения характеристик. Дело в том, что новая башня утяжелила машину и весь прирост в мощности был «съеден» разницей в весе. Бронекорпус танка с толщиной катаных плит от 75 мм (лоб и борт) до 30 (крыша) обеспечивал защиту от подавляющего большинства существовавших в то время противотанковых орудий. Бронеплиты толщиной в 75 миллиметров имели хороший уровень защиты, поэтому новая башня МТ-1 собиралась именно из них. Все четыре стенки башни изготовлялись толщиной в семь с половиной сантиметров, крыша – в три, а маска орудия достигала толщины в 110 миллиметров. Из-за новой башни и более серьезного орудия «танк с большой башней» был почти на десять тонн тяжелее исходного КВ и имел боевую массу в 52 тонны. При этом удельная мощность обеих бронемашин, ввиду разных двигателей, была примерно равной и равнялась 11-11,5 лошадиным силам на тонну веса.
Вооружение «танка с большой башней» имело в своем составе одно орудие и три пулемета. 152-мм гаубица М-10 в ее танковом варианте монтировалась на цапфах в крупногабаритной башне. Система ее креплений была сконструирована таким образом, что орудие было полностью уравновешенным. Однако конструкторам СКБ-2 не удалось уравновесить всю башню целиком. Из-за этого центр тяжести башни с орудием находился не на ее оси вращения. В боевых условиях это приводило к тому, что танкистам приходилось внимательно следить за креном своей машины – при перекосе больше определенного значения электромотор поворота башни не справлялся со своей работой. Наведение орудия по горизонтали производилось поворотом башни. Углы вертикальной наводки находились в пределах от -3° до +18°. Кроме того, при необходимости экипаж танка мог производить т.н. «ювелирную наводку». Для этого башня фиксировалась, а орудие перемещалось в пределе горизонтального сектора шириной в несколько градусов. Боекомплект гаубицы составлял 36 снарядов раздельного заряжания. Первоначально планировалось выдавать танкистам только осколочно-фугасные гаубичные гранаты ОФ-530. Однако на практике новый тяжелый танк мог использовать почти любые снаряды калибра 152 миллиметра. Уже в ходе Финской войны «танки с большой башней» успешно вели огонь бетонобойными снарядами. Крупные габариты казенника орудия, а также особенности его крепления потребовали сделать в заднем листе башни специальную дверь. Через нее на заводе устанавливалась гаубица. В частях дверь использовалась для ремонта орудия, загрузки боекомплекта и посадки экипажа.
Дополнительное вооружение танка состояло из трех пулеметов ДТ. Один из них был спарен с пушкой. Два других устанавливались в шаровых установках на лобовом листе корпуса и задней стенке башни. Общий боекомплект трех пулеметов включал в себя 3087 патронов (49 дисковых магазинов).
Обновленное вооружение глубоко модернизированного танка КВ-1 потребовало увеличить экипаж. Теперь он состоял из шести человек: командир танка, командир орудия (наводчик), его помощник (замковой), механик-водитель, помощник водителя и стрелок-радист. В обязанности командира орудия и помощника входили действия, ранее выполнявшиеся одним заряжающим.
10 февраля 1940 года первый опытный «танк с большой башней» начал пробные стрельбы. Проводились они прямо на территории Кировского завода, на траншейном стенде. Стрельбы были признаны удовлетворительными, да и ходовая часть не подвела. Единственная проблема с конструкцией касалась дульной крышки. Для предотвращения попадания пуль, осколков и другого крупного «мусора» в ствол была установлена специальная круглая деталь. Открытие дула производилось автоматически, за долю секунды перед вылетом снаряда. При первом же пробном выстреле крышка была сорвана с креплений и куда-то улетела. Стало понятно, что эта деталь танка – лишняя. На втором прототипе «танка с большой башней» дульная крышка не устанавливалась, а с первого были сняты остатки механизма закрытия.