Старшим инженером машины назначили конструктора Г. Москвина. В документах Челябинского Кировского завода КВ-7 также именовался как «малоуязвимая артиллерийская машина сопровождения танков с большой скорострельностью (12–15 выстрелов в минуту и возможностью производства одновременного залпа». Учитывая сжатые сроки проектирования, в качестве шасси взяли без изменений ходовую часть КВ-1. В передней части корпуса смонтировали боевую рубку, сваренную из 100–105 мм броневых листов. Рубка была шире корпуса, поэтому с боков выходила за его габариты и нависала над гусеницами. Кроме того, из-за значительных габаритов вооружения, в КВ-7 пришлось изменить расположение топливных и масляных баков.
Артиллерийское вооружение машины состояло из строенной установки 76-мм и двух 45-мм пушек. Орудийную установку, получившую обозначение У-13, разрабатывали на Уральском заводе тяжелого машиностроения конструкторы К. Ильин и Н. Ефимов при участии эвакуированных из Ленинграда инженеров-артиллеристов Л. Горлицкого (бывший начальник артиллерийского конструкторского артиллерийского бюро Кировского завода) и его заместителя Н. Курина. Общее руководство работами осуществлял главный конструктор завода УЗТМ Ф. Петров.
Пушки монтировались в единой рамке, прикрываемой мощной бронемаской и имели общий механизм наводки. Конструкция орудийной установки позволяла производить одновременный залп из трех орудий или вести одиночный огонь из любого из них. Сборка опытного образца КВ-7 завершилась в декабре 1942 года. Руководство Кировского завода представляло эту машину как «штурмовой танк с массированным артогнем, способный наиболее успешно подавлять артбатареи и разрушать оборонительные сооружения противника», и надеялось на то, что ее примут на вооружение. Однако все сложилось по-другому.
27 декабря провели кратковременные (в течение одного дня) испытания машины стрельбой. Несмотря на то, что при этом был выявлен ряд недостатков, например неудачная конструкция поворотного механизма установки, в начале января нового, 1943 года, машину вместе с опытным образцом КВ-8, отправили в Москву.
5 января на полигоне завода № 8 с КВ-7 ознакомилась комиссия представителей ГКО, наркоматов обороны и танковой промышленности. Танк был продемонстрирован в движении, а также произвел стрельбу из пушек, как одиночную, так и залпами (последнее получилось не сразу). Комиссия отметила недостаточное бронирование лобовых листов рубки и корпуса и неудовлетворительную кучность при стрельбе по щитам. В своем заключении она отмечала, что в представленный образец КВ-7 необходимо внести следующие изменения:
«1. Толщину брони лобовых листов башни установить 115–120 мм и толщину брони лобовых листов корпуса установить 110 мм.
2. С целью улучшения кучности попадания, необходимо доработать поворотный механизм орудийной установки. Доработать установку оптического прицела. Отработать спусковые механизмы с целью обеспечения выстрела из трех систем одновременно…
Комиссия считает желательным разработать и установить на танке КВ-7 спаренную артустановку из двух 76-мм пушек Ф-34, а также отработать установку на этом же танке более мощных артсистем калибра 122 или 85 мм».
Результаты были доложены И. Сталину, и на следующий день в постановлении ГКО № 1110сс, которым ставился на серийное производство огнеметный КВ-8, появилась и запись о танке КВ-7:
«1. Представленный 3-орудийный образец КВ-7 отставить.
2. Установить в КВ-7 спаренно 2 орудия 76 мм с горизонтальным углом поворота +/- 7,5° и вертикальным углом +15°, -5°».
В середине января 1942 года на УЗТМ началось проектирование спаренной установки пушек ЗИС-5 (обозначение установки У-14) для танка КВ-7. Работами руководил И. Горлицкий.
По первоначальному графику, Челябинский Кировский завод должен был изготовить второй экземпляр КВ-7 к 5 февраля. Однако из-за недостатка кадров и большого объема работ по обеспечению серийного выпуска КВ-1, работы затянулись. В результате, от сборки новой машины отказались, переделав в двухорудийную установку первый экземпляр КВ-7.