Один из первых серийных Т-10М в мае 1958 года отправили на НИБТ полигон для проведения испытаний, длившихся до сентября. По их результатам инженерам Ленинградского Кировского завода пришлось внести в конструкцию танка значительное количество изменений и улучшений. Эта работа потребовала значительного времени, и завершилась к лету 1959 года.
Кроме того, в начале серийного производства большие нарекания вызывала неудовлетворительная работа системы стабилизации «Ливень». С начала 1958 года над ее совершенствованием трудились бригады конструкторов ЦНИИ-173, заводов № 393 и Ленинградского Кировского. В результате, к сентябрю 1958 года удалось отладить систему, и в дальнейшем она серьезных проблем не вызывала.
Следует сказать, что танки Т-10М, выпущенные в 1958 году как в Ленинграде, так и в Челябинске, имели значительное количество различных недоработок и дефектов, как конструктивных, так и технологических, связанных с недостаточно отработанными техпроцессами. Особенно «грешили» этим машины ЛКЗ — часть дефектов устранили лишь в 1959 году.
Выпуск танков Т-10М в Ленинграде велся до 1963 года, всего за это время здесь изготовили 304 машины. Объемы производства были небольшими — максимальный пришелся на 1961 год, когда завод сдал 90 танков.
Большую часть танков Т-10М изготовил Челябинский тракторный завод. Как уже говорилось, с 1960 года он перешел на изготовление танков по чертежам «объекта 272». Всего по 1965 год, когда выпуск тяжелых танков Т-10М прекратили, здесь произвели 859 таких машин (из них 304 — в варианте «объект 734»).
Следует сказать, что в ходе серийного производства Т- 10М в конструкцию машины постоянно вносились изменения с целью повышения ее боевых и технических характеристик.
С 1962 года танки Т-10М стали оснащаться комплектом ОПВТ, обеспечивавшим преодоления по дну водных преград глубиной до 5 м. Комплект обеспечивал необходимую герметизацию танка, подвод воздуха экипажу и двигателю, откачку проникшей в корпус танка воды и возможность ведения боевых действий сразу после выхода танка на берег.
В комплект ОПВТ входили воздухопитающая труба, клапаны защиты двигателя, крышка жалюзи зимнего забора воздуха, водооткачивающие насосы, уплотнения дульного тормоза и бронемаски орудия, газоотводной трубы, антенного ввода, крышек башенных люков, уплотнения короба эжектора, опоры башни, крышек люков механика-водителя и запасного выхода, наружных ящиков ЗИПа, система регулирования температурного режима охлаждения двигателя при движении танка под водой, а также изолирующие противогазы ИП-46 и спасательные жилеты СЖТ-58 на каждого члена экипажа. Воздухопитающая труба крепилась болтами на специальной крышке, которая устанавливалась на командирскую башенку вместо откидной крышки люка.
В декабре 1962 года на танки Т-10М стали устанавливать новую, более простую по конструкции механическую трансмиссию. Она была спроектирована в Челябинске еще в 1950 году в ходе эскизных проработок опытного танка «объект 709». Новая трансмиссия была не только проще, но и значительно легче (на 507 кг) и меньше по габаритам, а также вдвое проще в производстве. При установке новой трансмиссии центровка агрегатов не требовалась. Она значительно проще устанавливалась и демонтировалась из танка, чем прежняя планетарная с гидроуправлением.
Новая механическая трансмиссия состояла из главного фрикциона, шестиступенчатой коробки перемены передач, планетарного механизм поворота типа «ЗК» и двух бортовых редуктора. Коробка передач и механизм поворота монтировались в одном картере.
Установка в Т-10М меньшей по размерам трансмиссии позволила увеличить возимый запас топлива танка на 100 л, что повысило запас хода до 340 км. В 1963 году объем возимого топлива увеличили еще на 400 л за счет установки двух 200-литровых бочек на кормовом листе корпуса танка. С ними запас хода машины по шоссе составлял 460 км.
С 1963 года танки стали оснащался системой противоатомной защиты (ПАЗ) и термодымовой аппаратурой многоразового действия. Также на танках появились места для размещения средств противохимической защиты — противогазов, общевойсковых защитных костюмов и артиллерийского дегазационного комплекта.
Система ПАЗ обеспечивала защиту экипажа и внутреннего оборудования танка от воздействия ударной волны ядерного взрыва и радиоактивной пыли за счет брони корпуса и башни, а также их герметизации. Кроме того, обеспечивалась подача очищенного воздуха внутрь машины и защита экипажа от воздействия радиоактивной пыли за счет создания избыточного давления с помощью специального нагнетателя-сепаратора.
В 1964 году вместо комбинированных воздухоочистителей с автоматическим удалением пыли в системе воздухоочистки двигателя стали использовать танковые воздухоочистители ВТИ-8 инерционного типа, обеспечивавшие более высокую степень очистки воздуха и более длительный цикл их работы без обслуживания.
В том же году на танках появилась унифицированная автоматическая система пожаротушения «Роса-2» и два ручных огнетушителя ОУ-2.