Самым эффективным танковым войском начала войны оказался немецкая танковая армия, состоявший в 1939 году из 3195 машин, в том числе 211 Pz. IVs. Немецкие танковые войска были настолько грозными, что вместо того, чтобы быть разделенными между различными пехотными и кавалерийскими танковыми частями, все они были сконцентрированы и использовались в составе массовых формирований в танковых дивизиях. Успехи танковых дивизий в первые два года Великой Отечественной войны заставили крупные армии реорганизовать большую часть своих танков в подобные соединения, что привело к резкому росту производства.
Походы 1939-41 годов, в которых важную роль играли танковые войска, также активизировали техническое развитие танков и другой бронетехники. Немецкий Pz. IV и советский Т-34 в 1942 г. были переброшены на более высокоскоростные пушки с более длинным стволом, которые вскоре стали вытесняться более мощно вооруженными танками. В 1943 году немцы представили средний танк "Пантера" с длинной 75-мм пушкой, имеющей дульную скорость 936 метров (3070 футов) в секунду, по сравнению с 384 метрами (1260 футов) в секунду для первоначальной пушки Pz. IV и 750 метров (2460 футов) в секунду для его варианта 1942 года. 43-тонная Panther весила почти в два раза больше, чем ее предшественник, и, соответственно, была лучше бронирована. Германия также представила еще более мощный танк Tiger, вооруженный 88-мм пушкой. Его окончательный вариант (Tiger II), весивший 68 тонн, должен был стать самым тяжелым танком, использовавшимся во время Второй мировой войны. Для борьбы с ним русские выпустили тяжелый танк ИС, или Иосиф Сталин, который появился в 1944 году, вооруженный 122-мм пушкой. Однако его дульная скорость была ниже, чем у немецких 88-мм орудий, и весила всего 46 тонн. Примерно в это же время Т-34 был перезаряжен 85-мм пушкой.
В отличие от прорывной роли ранних тяжелых танков, танки "Тигр" и "ИС" действовали в основном для поддержки базовых средних танков, уничтожая вражеские танки на большой дальности. Немецкая и советская армии также разрабатывали для этих целей другие тяжелые машины, такие как 128-мм пушка Jagdtiger и 122-мм пушка ИСа, которые, по сути, представляли собой безбашенные танки. Кроме того, все армии разрабатывали легкобронированные самоходные противотанковые пушки. Позже СУ и ИСУ получили орудия 152мм, чем и прославились среди немцев и советских солдат. Она пробивала немецкую технику и часто срывало башни, немцы называли ее "Консервный нож", а советы "Зверобой". В армии США была разработана специализированная категория танковых эсминцев, которые по своей легкобронированной конструкции напоминали самоходные пушки, но, как и танки, имели вращающиеся башни.
В основе бесбашенного танка лежала штурмовая пушка "Sturmgeschutz", или штурмовая пушка, введенная немецкой армией для поддержки пехоты, но впоследствии трансформированная в более универсальную технику, особенно подходящую для уничтожения вражеских танков. Такие машины не производились ни в Великобритании, ни в США. Однако на протяжении всей войны британская армия сохраняла специализированную категорию пехотных танков, таких как "Черчилль", и крейсерских танков, таких как "Крестоносец" и "Кромвель". Первые были хорошо бронированы, а вторые были быстрыми, но ни один из них не был хорошо вооружен по сравнению с немецкими и советскими танками. В результате в 1943 и 1944 годах британские бронетанковые дивизии в основном оснащались американскими средними танками М4 "Шерман".
М4 предшествовал механически аналогичный средний танк М3 General Grant, который также был вооружен среднемагистральной 75-мм пушкой, но был установлен в корпусе вместо башни, так как он мог быть запущен в производство быстрее, когда танки срочно понадобились в 1940 и 1941 годах. Производство М4 началось в 1942 году, и в конце концов было построено 49 234 танка, что сделало его основным танком американских и других союзных бронетанковых войск. Успешно внедренный в 1944 году, он уже не имел достаточного вооружения и должен был быть заменен на новый средний танк. Но армия США, как и англичане, придерживалась ошибочной доктрины, согласно которой бронедивизии должны были ограничиваться эксплуатацией прорывов пехоты, и поэтому не нуждалась в мощно вооруженных танках. Только к концу войны американская армия ввела несколько тяжелых танков М26 "Першинг" с 90-миллиметровой пушкой, сравнимой с первоначальным немецким "Тигром". Аналогичным образом, британская армия представила прототипы танка Centurion с 76-мм пушкой, сравнимой с немецкой "Пантерой". В остальном американские и британские танки сильно отставали от немецких и советских танков по орудийной мощи.