1941年初，该项目被重新命名为KV-2重型坦克，并开始KV-2重型坦克批量制造。在生产过程中，KV-2坦克被换装了MT-2新型炮塔并加装了DT-MG机枪。

1941年10月，鉴于作战期间，坦克故障频繁、损耗巨大，KV-2重型坦克的后继生产被取消，最后的该坦克的产量仅仅是334辆。

KV-2重型坦克采用KV-1坦克底盘，沿用了原车的总体布局布置，由前至后分别为：驾驶室、战斗室和动力舱，为动力-传动装置后置的总布置方案。KV-2重型坦克战斗全重为52吨，乘员为6人：车长位于火炮右侧，左手推弹入膛；炮长和辅助装弹手，位于火炮左侧；驾驶员，位于车体前部中央；前机枪手，位于驾驶员的左侧；后机枪手，位于炮塔内车长的后方。

KV-2重型坦克的火炮口径为缩短身管长度的改型152毫米口径M-10型榴弹炮。弹药基数为36发。该炮可以发射52千克的高爆弹，而海军同口径的1915/28型被帽穿甲榴弹也可由KV-2坦克炮发射，由于该种炮弹一般只有海军使用，而且库存很少。除了高爆弹及被帽穿甲弹外，KV-2重型坦克的M-10榴弹炮还可以使用穿甲弹和反混凝土炮弹。辅助武器为3挺DT-MG型7.62毫米机枪，分别是并列机枪、炮塔后机枪和车体前机枪。机枪采为转鼓供弹方式，最大射速为500发/分，机枪弹的弹药基数为2475~3087发，辅助机枪使KV-2坦克有对付步兵的防御能力。

车载观瞄仪器有：炮长用望远式直接瞄准镜、倍率为4倍；回转式潜望观察镜，倍率为2倍；间接瞄准具和象限仪；各机枪用的瞄准具等。火炮的俯仰和炮塔旋转均为手动式。

KV-2重型坦克的动力装置为V2K型V型、12缸、水冷、直接喷射式柴油机。该种柴油机和T-34坦克上使用的V2柴油机都是苏联坦克上最早采用的柴油机。V2K型柴油机的缸径为150毫米，气缸排量为38.88升，最大功率为600马力。

KV-2重型坦克的传动装置包括：多片式摩擦离合器、滑动啮合式手动变速箱、转向机构、侧减速器等。这种滑动啮合式变速箱，有5个前进档和一个倒档。坦克的行动装置采用独立扭杆式悬挂装置和单销式履带推进装置，每侧有6个中等直径的负重轮和3个托带轮，诱导轮在前，主动轮在后。坦克的最大速度为26千米/小时，最大行程为250千米(越野)。实际上，由于变速箱的问题，坦克很难跑到最大速度。动力装置上的不足，成为KV-2重型坦克最大的短板。

KV-2重型坦克车体为钢装甲全焊接结构，前方的正面和侧面的基本装甲厚度为75毫米，后期的KV-2坦克正面装甲厚度增加到100毫米，还可以加装30~40毫米厚的附加装甲。该坦克的巨大炮塔采用钢板焊接结构，装甲厚度为75毫米。

KV-2重型坦克上装有9R型无线电台，利用4米长的天线，通话距离达24千米。车上还有固定式灭火瓶、空气起动系统、冬季用的防滑履带板等。

KV-2-107

KV-2重型坦克在试制期间，1941年5月至6月，研制方曾经在坦克上试装过过107毫米ZIS-6型火炮。该型坦克在工厂测试和军方试射后，由于弹药装弹机故障多，且试验效果不理想，未投入正式生产。后期107毫米火炮曾被组装在KV-3坦克和KV-5坦克上。

KV-2-85

KV-2重型坦克在研制阶段，在1941年3月的时候，另外一种85毫米F-39型火炮也曾安装在KV-2坦克上并进行了测试，最后因故取消该型号，没有正式投入批量生产。

1941年6月23日，在德国发动入侵苏联的“巴巴罗萨计划”的第2天，KV坦克即在立陶宛境内和德军坦克发生激战。当时驻守的苏联西北方面军的第3机械化军拥有KV-1、KV-2坦克共52辆。部队前往多比萨河方向（Dubissa river）阻击正沿干道奇尔基特-夏维利亚大街前进的德军。

德军开始调用炮兵轰击，但是KV坦克仍步步紧逼，一门德军150毫米榴弹炮在100米距离击中一辆KV（没有型号说明）坦克，它马上停下了，但是正当德军庆祝胜利时，KV坦克再次启动，并且在目瞪口呆的德国炮兵面前压扁了榴弹炮，继续前进。

1941年6月24日清晨，德军的救援纵队从拉斯叶尼亚市出发企图和桥头堡联系，KV-2坦克首先击毁了12辆德军卡车，它挡住了通往两个桥头堡的道路，同时第2坦克师主力正在和北部桥头堡的德军发生血战，在得到KV-2坦克第一次阻击胜利的报告后，苏军第2坦克师士气大涨，攻势进一步加强。德国第6装甲师立即呼叫友邻王牌部队第1装甲师对阻挡道路的KV-2坦克进行侧面袭击。24日下午，第1装甲师派出6门崭新的50毫米Pak38反坦克炮和精选炮手班组向KV-2隐蔽前进，在550米距离架设阵地开炮猛轰，德军共射击7发，命中率100%，但毁伤效果为零。苏军KV-2坦克随后将这6门火炮全部摧毁。

德军决定使用更大的火炮，位于拉斯叶尼亚近郊的第298高射炮营的一门88毫米炮经过精心伪装后，由牵引车牵引接近KV-2坦克。为了隐藏自己，德国人躲在卡车残骸后面慢慢前进，但是KV2的乘员凭借直觉将炮塔一直跟随他们活动。在接近到900米时，德军炮兵开始布设阵地，此时KV2连续两炮接连摧毁了德军火炮和牵引车。一些德军冲上来试图拖回伤兵，KV-2的机枪顺便将他们也一并报销。24日夜间，德军出动工兵：第57装甲工兵营的一个特遣队趁着夜幕匍匐前进，用双倍于通常用量的炸药对KV-2车体进行爆破。KV-2没有被摧毁，反而机枪猛烈扫射，德军无法抬头只得爬了回去，只有一个工兵前往确认爆炸效果，发现炸药虽然炸断了履带，但是对装甲丝毫没起作用，他在离开前用小型炸药包对KV-2的152毫米火炮进行爆破，但同样收效甚微。

由于北侧的苏军已经失败，德第6装甲师派出一个35T坦克排在1941年6月25日从桥头堡出击，开到了那辆KV-2驻守的十字路口，并隐藏在灌木丛中。此时在十字路口另一侧，德军从拉斯叶尼亚市再次运来一门88毫米高炮，为了分散苏联坦克兵的注意力，35T坦克排在后面不断地向它射击，正面的88毫米炮趁机进入位置并连续6炮命中KV-2坦克。但苏军坦克并没有燃烧，而35T上的德国坦克兵纷纷跳下来确认战果，令他们大惊失色的是：6枚88毫米炮弹只有2枚击穿了KV2的装甲，另外确认到7个很浅的凹坑，这是50毫米炮弹留下的，而37毫米炮弹连一个坑都没有留下。正当德军检查完毕登上KV-2时，坦克炮塔开始旋转。结果德国兵不得不跟着炮塔一起跑，以免被机枪射中。最后，德军工兵撬开了KV-2炮塔舱盖，投入几个手榴弹杀死了乘员，才结束战斗。

德军对故障频出的KV-2重型坦克持否定态度，甚至将其称为“俄国厕所”，但正是因为该坦克152毫米榴弹炮的威力，所以不论苏军还是德军，都被该坦克所吸引。

1941年12月德军为攻占马耳他而制定的“大力神”计划中，将缴获的KV-2重型坦克也投入作战，用于摧毁马耳他坚固的防御工事。

1942年3月30日，德军还将缴获的KV-2重型坦克编入第66特种实验装甲营，后在伊尔门湖南部迭米扬斯克附近，第66特种装甲实验营投入到了突出苏军包围的战斗。

缩短的M-10榴弹炮可以发射52公斤的高爆弹。海军的1915/28型半-穿甲弹KV-2也可以发射，E.N.索利亚良钦少将的第2坦克师在夏维利亚大街和正在猛冲的德国第4装甲集群属下第6装甲师正面撞击，苏军的80辆BT快速坦克在20辆KV坦克（各型）和T-34坦克的支援下发起进攻，德军主力为35(t)轻型坦克和4号坦克（早期）。当时第6装甲师上司第41装甲军军长莱因哈特将军事后回忆道：“这次迎击战中，我军的坦克中有1/3是4号坦克，我们的坦克向步步开上街道的怪物（KV坦克）进行三方向射击，根本没有用，我们的坦克像骨牌一样被打倒。”不过这种炮弹一般只有苏军海军使用，而且库存很少。KV-2的操作手册上还写着如何使用穿甲弹和反混凝土炮弹。

KV-2坦克携带36发炮弹以及3087发机枪弹。6名乘员：坦克指挥员，火炮指挥员，第二火炮指挥员(装填手)，炮手，驾驶员，无线电手。除了152毫米榴弹炮，还有其他一些类型的火炮曾被设计安装在KV-2上。其中一种是长身管的106.7毫米ZIS-6型炮。从1941年5月至6月，安装ZIS-6型炮的KV-2进行了工厂测试，之后又被送去进行ANIOP测试，不过失败了。主要问题是火炮的弹药，该炮所使用的炮弹很重不便于一个装填手操作。1941年3月的时候，另外一种85毫米F-39型炮也试图安装在KV-2上并进行了测试，不过似乎之后这方面的记录便很难找了。

KV-2重型坦克1941型的特征是其精炼的炮塔形状，装配152毫米炮的炮塔呈7角形直方体状，像一个巨大的箱子。但由于超重，该坦克如果不在水平地面上，炮塔连旋转都十分困难。正是由于有坦克炮塔巨大、被弹面宽的缺陷，KV-2重型坦克在实际作战中，只用于对德军进行火力压制，而不适用于反击时的阵地突破战。

KV-2重型坦克为了拥有M-10这门威力巨大的火炮和刀枪不入的装甲，付出了比KV-1坦克更大的代价。由于两种KV坦克的底盘完全相同，KV-2坦克本身就继承了KV-1坦克在悬挂系统、传动系统及乘员舱等方面存在的许多问题，再加上其重量的剧增（从53~58吨不等），而传动装置则仍然采用未经改进的373千瓦V-12柴油机，所有这些因素都造成了KV-2坦克在作战时机动性的严重缺陷。KV-2和KV-1一样在转动系统上有严重缺陷，而且由于为适应52吨重的车体，KV-2所使用的V-2K发动机功率被刻意提高，使KV-2所面临的动力/传动系统故障隐患比KV-1更为严重。该超重型坦克，在战争中大多都是因为故障而损失的。例如第41坦克师损失了33辆坦克中的22辆KV-2坦克，只有5辆是被敌人击毁的，其他17辆都是因为故障或者燃料耗尽而被抛弃。（《海陆空天惯性世界》 评）