Боевые испытания первых тяжелых танков КВ-1 в ходе Советско-финской войны 1939-1940 годов показало практически полную их неуязвимость для 37-мм противотанковой артиллерии. Так, специалист-испытатель Кировского завода А. Эстратов в своих воспоминаниях писал:
«Прошли небольшой участок леса, после чего перед нами открылась поляна. Слева и справа горят танки. Идущий впереди Т-28 тоже загорелся, из-за него мы не можем двигаться вперед. Свернуть с дороги нельзя - наедем на мины.
По рации получили приказ - свернуть влево и двигаться вдоль противотанкового рва. По правому борту машины непрерывно бьет противник, как будто колотит по нему кувалдой, однако артиллерии нигде не видно.
Вдруг я слышу, как кричит Ковш (еще один заводской испытатель, коллега Эстратова): ”Смотрите, впереди бугорок, из него высунулась труба и спряталась”! Мы поняли, что это замаскированный дот и тут же его уничтожили. Далее разобрались еще с несколькими огневыми точками, и тут по передней части танка получили сильный удар снаряда.
Пушка задрожала, танк остановился. Попробовали завести мотор - все в порядке, можно двигаться. В итоге мы вышли из боя, заодно отбуксировав подбитый Т-28».
После боя на корпусе было обнаружено девять следов попаданий 37-мм снарядов, одно попадание в ствол пушки, из-за чего на ней образовалась большая вмятина. В целом же танк практически никаких повреждений не получил.
Результаты боевого применения были тотчас доложены в Москву, где в тот же день пришедшее в восторг от доклада руководство Комитета Обороны СССР подписало постановление о принятии танка КВ на вооружение.
Правда, за все время испытаний танк успел пройти всего 550 км, чего было явно недостаточно. Так новая машина, помимо мощной брони и вооружения, получила массу детских болезней, сказавшихся на ее надежности в первые месяцы Великой Отечественной Войны.
В июле 1940 года, сразу после начала серийного производства КВ-1, Совнарком и народный комиссариат обороны приняли решение организовать работы по совершенствованию танка КВ. Однако новые проекты были направлены в основном не на повышение надежности машины, а на еще большее усиление бронирования и огневой мощи.
К ноябрю Кировский завод должен был собрать два опытных образца КВ с 90-мм броней, вооруженных 76-мм пушкой Ф-32 и 85-мм орудием. Сроки были обозначены жесткие, поэтому обычная организация работ была заменена новым методом «скоростного проектирования», когда большинство узлов нового танка шло в производство сразу после создания эскизного проекта, а некоторые - и вовсе без него.
Первый усиленный КВ с 76-мм пушкой удалось изготовить точно в срок. Он получил обозначение Т-150 и отличался от КВ-1 увеличенной с 75 до 90 мм толщиной брони корпуса. Из-за возросшей до 50,2 тонн массы двигатель пришлось форсировать до 700 л. с. Уже в ходе испытаний выяснилось, что имеющаяся система охлаждения для такого мотора полностью непригодна.
В марте 1941 года вышло постановление Совета народных комиссаров, обязывающее Кировский завод доработать конструкцию танка Т-150 и поставить его на серийное производство под обозначением КВ-3.
Но уже в апреле постановление было изменено. Проектировщиков обязали увеличить толщину брони корпуса и башни танка до 115-120 мм и вооружить его 107-мм пушкой ЗИС-6. Впоследствии требования были несколько смягчены ввиду полной невозможности внесения столь значительных изменений на существующей базе КВ.
В итоге изготовленный опытный образец тяжелого танка с индексом КВ-220 получил броню толщиной до 100 мм и должен был обзавестись разрабатываемой для него 85-мм пушкой Ф-30, установленной в новую более просторную башню. К июню 1941 года новое орудие так и не было готово.
Вместе с тем, к осени 1941 года темпы производства танков КВ-1 на Кировском заводе резко упали, из-за чего было принято решение отправить на фронт все опытные машины. Ввиду отсутствия 85-мм пушки с КВ-220 сняли спроектированную под нее башню и поставили агрегат от КВ-1 с соответствующим вооружением. По некоторым сведениям, этот танк с надписью «За Родину!», погиб в бою в декабре 1941 года от огня немецкой полевой артиллерии.