В 1975 году создана СГ 2С3М, на ней вместо двух механизированных боеукладок ввели одну — барабанного типа на 12 выстрелов, что позволило увеличить возимый боекомплект с 40 до 46 выстрелов (в штатный боекомплект 2С3М обычно входит 42 ОФС ОФ-540 и ОФ-25 и четыре КС БП-540).
В 1987 году модернизированный вариант 2С3М1 оснастили аппаратурой приема, обработки и отражения командной информации и новым прицелом СП-538, ввели в боекомплект корректируемый снаряд 3ОФ38 «Сантиметр» (НТК «Аметех») и управляемый снаряд 3ОФ39 «Краснополь» (КБ приборостроения).
Артиллерийская система 2С3М2 - это последний модернизированный вариант самоходной гаубицы 2С3М (2С3М1) с установкой новой более мощной артиллерийской системы. Кроме того, на машине размещается приемоиндикаторная аппаратура 1В514-1 «Механизатор-М», которая позволяет совершенствовать обмен информацией между орудием и машиной старшего офицера батареи (МСОБ) сокращая время подготовки орудия к открытию огня.
В настоящее время «Уралтрансмаш» предлагает проведение модернизации самоходных гаубиц 2С3М с доведением их уровня оснащения и боевой мощи до варианта 2С3М2. В частности увеличивается дальность стрельбы, повышается защищенность изделия, совершенствуется система управления огнем. Модернизацию предполагается проводить одно¬временно с плановым капитальным ремонтом самоходных гаубиц.
Увеличение дальности стрельбы обеспечивается за счет: установки орудия с длиной ствола в 39 клб. (6000 мм) вместо 28 клб. (4240 мм); обеспечения возможности применения снарядов 3ОФ45 (3ОФ64), 3ОФ61 от штатной самоходной гаубицы 2С19 («Мста-С»).
При данных доработках дальность стрельбы увеличивается с 17,3 км снарядом 3ОФ25 до следующих величин на дальнобойном заряде: снарядом 3ОФ25-19,8 км; снарядом 3ОФ45 (3ОФ64) -21,4 км; снарядом 3ОФ61 -25,1 км. На полном переменном заряде достигаются следующие дальности стрельбы: снарядом 3ОФ25 -18,9 км; снарядом 3ОФ45 (3ОФ64) -20,55 км; снарядом 3ОФ61 - 23,9 км.
На самоходной гаубице 2С3М2 так же производится улучшение маскировки за счет: установки пусковых установок дымовых гранат системы 902В снаружи на лобовом листе башни с запуском из боевого отделения самоходной гаубицы; введения деформирующего окрашивания специальным составом покрытий, имеющих пониженный коэффициент радиолока-ционного отражения; выполнения эскизов раскраски, снижающих оптико-электронное обнаружение гаубицы на местности.
Другой вариант самоходной гаубицы 2С3М2 предусматривает модернизацию самоходной гаубицы 2С3М (2С3М1) с установкой на нее новой более мощной 155-мм артиллерийской системы под боеприпасы НАТО. Разработка такого варианта ведется в инициативном порядке с 1995 года с целью продажи системы за рубеж.
Гаубица 2С3М2 может применять управляемые снаряды. На выставке МАКС-99 КБП предложило вариант управляемого снаряда «Краснополь» в 155-мм калибре. В конце 2000 года управляемые снаряды «Краснополь» успешно прошли испытания во Франции стрельбой из гаубицы фирмы GIAT, на них все четыре выпущенных снарядов поразили условные цели, в качестве которых использовались танки и железобетонные сооружения. Проведенные испытания подтвердили возможность применения снарядов «Краснополь» из французских артиллерийских систем и возможность использования для целеуказания снарядов французские системы целеуказания фирмы CILAS.
