Тем не менее, боевые действия на Финляндском фронте выявили необходимость в тяжелых танках с более мощной броневой защитой (70-80 мм) и вооружением калибра 95 мм, способным эффективно подавлять долговременные огневые точки противника. Кроме того, полковая артиллерия, вследствие трудности ее перемещения (на колесах, санях) на поле боя, запаздывала с выходом на открытые огневые позиции, не обеспечивая огневую поддержку наступающим подразделениям. Еще в более тяжелом положении, вызванным низкой мобильностью, оказались артиллерийские системы калибра выше 76-мм. Устранение этих недостатков потребовало принятия экстренных мер.
По приказу заместителя наркома обороны СССР командарма 1 ранга Г.И. Кулика, Кировскому заводу предлагалось в срочном порядке вооружить десять новых танков КВ мощной дивизионной 152,4-мм гаубицей М-10, которая по огневой мощи превосходила 76-мм пушку КВ в 4,2 раза. Исходным документом для проектирования являлись предъявленные Кировскому заводу 13 января 1940 г. тактико-технические требования АУ и БТУ КА.
Учитывая предельно сжатые сроки, шасси танка КВ и диаметр погона башни оставили без изменений. Но чтобы обеспечить необходимые углы вертикального наведения гаубицы, пришлось сконструировать башню увеличенных габаритов – так называемую «большую» башню. Для возможности монтажа в новой башне качающейся части 152,4-мм гаубицы разработали опытный образец ее установки – МТ-1. Ведущую роль в проектировании установки нового вооружения играли конструкторы СКБ-2 Е.Н. Рыбин и К.Н. Ильин.
До конца боевых действий 13 марта 1940 г. на Финляндский фронт успели отправить три экспериментальных машины с 152,4-мм системой МТ-1. Однако разработанная в авральном порядке конструкция как самой башни, так и установки вооружения, требовала совершенствования. 6 мая 1940 г. в ходе технического совещания по модернизации МТ-1 было рассмотрено предложение заместителя начальника СКБ-4 Кировского завода Н.В. Курина по изменению ее конструкции. В частности, предлагалось:
«…2. Для сокращения длины башни и ее уравновешивания относительно погона, качающуюся часть гаубицы продвинуть вперед на 355 мм, ось цапф снизить на 150 мм и укоротить заднюю часть люльки на 120 мм.
3. Коробку подъемного механизма запроектировать новую с использованием передаточных деталей подъемного механизма с валового производства гаубицы.
4. Сектор подъемного механизма укоротить до размеров, обеспечивающих требуемый в установке угол возвышения…
6. В целях упрощения производства рамку и цапфенную обойму запроектировать литыми…»
В целом предложенные изменения позволяли уменьшить габариты башни по высоте на 370 мм и на 300 мм по длине, а также снизить ее общую массу на 2000 кг. Однако требовалась серьезная доработка качающейся части полевой гаубицы для уменьшения отката системы (с 950 до 650-750 мм), что в сложившихся обстоятельствах посчитали неприемлемым.
В результате конструктивные изменения коснулись только башни и были направлены на упрощение технологии ее изготовления и снижение массы. Реализованные решения позволили сократить общую массу башни на 1200 кг, уменьшив габариты по высоте и длине на 250 и 400 мм соответственно.
Первые полигонные испытания (с начала выпуска КВ) на НИ полигоне АБТУ КА прошли 11 -12 мая и 15 мая 1940 г. Танки КВ №У-4 с «большой» башней и №У-7 с «малой» башней, вооруженный 76-мм пушкой (Л-11), из-за наличия большого количества дефектов прошли всего 77 и 113 км соответственно.
На обоих танках в результате неудовлетворительной работы системы охлаждения температура воды и масла доходила до 120°С, вызывая перегрев двигателя. Низкая эффективность работы воздухоочистителя привела к быстрому забиванию его пылью, пробуксовка главного сцепления к выходу его из строя. Особо отмечалось неудобное размещение системы вооружения и боеукладки. Вызвала серьезные нарекания компоновка места механика-водителя. Отсутствие регулировки сиденья и неудачное расположение рычагов управления приводили к тому, что при движении танка с закрытыми люками механик-водитель упирался лицом в смотровой прибор.