С конца 1938 года танк стал вооружаться 45-мм пушкой обр. 1938 года с электроспуском и стабилизированным прицелом ТОП-1 (ТОС). Пушка размещалась в башне, имевшей форму усеченного конуса с кормовой нишей (до сентября 1937 года на танк устанавливалась цилиндрическая башня). Углы наведения спаренной установки по вертикали составляли от -6 до +25°. Боекомплект пушки был увеличен до 188 выстрелов для линейного танка и до 146 выстрелов для танка с радиостанцией. Число патронов к пулеметам осталось неизменным. В связи с длительным периодом обучения в войсках по освоению личным составом особенностей работы с прицелом ТОС при стрельбе с хода, от установки его на танки БТ-7 впоследствии отказались.
Броневая защита БТ-7 осталась на уровне танка БТ-5. В 1937 году толщина верхней створки крышки люка механика-водителя была увеличена до 20 мм. Со второй половины 1937 года конструкция корпуса была усовершенствована с целью повышения до 1,2 м глубины преодолеваемого брода.
Повышение подвижности танка было достигнуто за счет увеличения запаса хода машины и совершенствования силовой установки, трансмиссии и ходовой части. На танке был установлен более надежный авиационный V-образный 12-цилиндровый карбюраторный двигатель М-17Т. Для того чтобы не изменять конструкцию агрегатов трансмиссии, максимальная мощность двигателя была снижена с 600 до 400 л.с. На танке устанавливался новый комбинированный воздухоочиститель, повышавший степень очистки воздуха от пыли. Емкость топливных баков была увеличена до 790 л за счет установки кормового бака и четырех дополнительных баков на надгусеничных полках.
В результате модернизации боевая масса машины возросла до 13,8 т, скорость движения по шоссе на гусеничном ходу составляла 52 км/ч, на колесном — 72 км/ч, запас хода соответственно 375 и 500 км.
Танк БТ-7 явился базовой машиной для разработки и создания колесно-гусеничного танка БТ-9, опытных образцов командирского танка КБТ-7, танков БТ-СВ (БТ-СВ-2), огнеметного танка ОТ-7, химических танков — БХМ и ХБТ-7, а также телемеханических танков БТ-ТТ.
На его базе в КБ ХПЗ был разработан артиллерийский танк БТ-7А. Опытный образец изготовили в октябре 1935 года. После проведения испытаний машина была принята на вооружение. Танк выпускался на ХПЗ им. Коминтерна в 1937 году параллельно с линейным БТ-7 с 45-мм пушкой. Всего было изготовлено 155 танков БТ-7А, однако на вооружение Красной Армии поступило только 134 машины.
БТ-7А отличался от БТ-7 главным образом вооружением и частичными изменениями корпуса, связанными с установкой новой башни. Основным оружием танка являлась 76,2-мм пушка КТ-28 обр. 1927/32 гг., установленная в башне, унифицированной с башней опытного танка Т-26А (Т-26-4). Справа от пушки размещался автономный пулемет ДТ. На части линейных танков с 1937 года устанавливались зенитные и кормовые пулеметы ДТ, а также прожекторы для обеспечения возможности стрельбы ночью.