Пушка советского танка калибра 76 мм была уже недостаточной для поражения новых немецких танков и штурмовых орудий. На боевой эффективности «тридцатьчетверки» сказывались конструктивные недостатки, известные еще в довоенное время: совмещение функций командира танка и наводчика, теснота в заброневом пространстве, плохая обзорность, низкая надежность двигателя и трансмиссии. Часть из них была устранена к 1943 г. применением крупной башни с командирской башенкой, повышением ресурса силового агрегата. Однако требовались радикальные изменения. В 1944 г. Красная армия получила модифицированную версию среднего танка, известную как Т-34-85. Впоследствии именно этот танк стал символом победы над нацистской Германией. Создание новой боевой машины в предельно сжатые сроки диктовалось необходимостью быстрой постановки на конвейер среднего танка с орудием на базе зенитной 85-миллиметровой пушки 52-К — ее снаряды пробивали лобовую броню «Тигра» на основных дистанциях боя. Новый танк был максимально унифицирован со старой «тридцатьчетверкой», получившей, во избежание путаницы, неофициальное обозначение Т-34-76. Изменение корпуса коснулось увеличения погона башни. Поэтому конструкторские усилия свелись к проектированию пушки с несколько укороченным стволом и установке ее в новую орудийную башню.
Танк унаследовал рычажно-пружинную подвеску типа «Кристи». Проект модернизации среднего танка под более рациональную торсионную подвеску был отвергнут: в годы войны не удалось обеспечить ее удовлетворительную надежность. Пружинная подвеска Т-34-85 «съедала» заметный объем заброневого пространства. От опытного танка Т-43 с торсионами использовались наработки по трехместной башне с усиленным бронированием. Основная заслуга в адаптации зенитной пушки для танковой установки принадлежит выдающемуся конструктору артиллерийского вооружения Василию Грабину. Проектирование башни под орудие 85-миллиметрового калибра было поручено КБ завода № 122 «Красное Сормово» и башенной группе завода № 183. Работая днем и ночью, им удалось подготовить техническую документацию всего за трое суток! Возросшая масса незначительно ухудшила подвижность по сравнению с «тридцатьчетверками» периода начала войны, которые комплектовались несовершенными коробками передач и воздушными фильтрами. Дизельный двигатель В-2-34 был улучшен технологически, вырос его ресурс. Несколько снизилась проходимость — из-за тяжелой башни с усиленной лобовой броней выросло удельное давление на грунт, центр тяжести сместился вперед. Длинноствольное орудие при преодолении широких рвов имело шанс уткнуться дульным срезом в землю. Впрочем, эти факторы не сказались на боевой эффективности. На долю Т-34-85 выпали летние сражения на равнинах Украины и Беларуси, а затем освобождение Восточной Европы, имевшей хорошие дороги.
В проходимости по снегу Т-34-85 не уступал танкам противника, и его появление на фронте было для немцев неприятной неожиданностью. Первые встречи с «Тиграми» произошли в ходе Проскурово-Черновицкой наступательной операции в марте 1944 г. Спасаясь от снарядов немецких дальнобойных орудий быстрым маневром, советские танкисты на Т-34-85 добивались побед над более тяжелыми «Пантерами», «Тиграми» и «Королевскими тиграми». По совокупности численности выпуска обеих модификаций — Т-34-76 и Т-34-85 — советская «тридцатьчетверка» стала самым массовым танком Второй мировой войны.
В последний год производства совершенствовались технологические процессы выпуска танков и восстановления поврежденных. Уровень рекламаций из войск снизился и обычно не превышал 2 % от числа машин, направленных на фронт. Во второй половине 1944 г. поднимался вопрос об экранировании против кумулятивных снарядов фаустпатрон и панцершрек, а также общем усилении бронирования. Экспериментальный танк Т-34-85М с лобовой броней корпуса 75 мм прошел испытания, но в серию не пошел. Перед штурмом Берлина для защиты от фаустников танкисты обвешивали свои машины самодельными экранами и просто деревянными ящиками. После Второй мировой войны Т-34-85 состоял на вооружении некоторых армий до конца ХХ в. Наиболее массовое применение «тридцатьчетверок» в этот период пришлось на войну в Корее (1950–1953) и арабо-израильские конфликты 1956, 1967 и 1973 гг. Последние достоверно известные факты участия этого танка в боях датированы 1991 г. — несколько экземпляров воевало в Хорватии. Наряду с линейными, производились огнеметные и командирские модификации танка Т-34-85. На его шасси выпускалась одна из наиболее удачных противотанковых самоходных артиллерийских установок Второй мировой войны — СУ-100. Сохранилось множество экземпляров танка, преимущественно — в качестве памятников на постаментах. Отдельные образцы поддерживаются в ходовом состоянии.