早期的T-34 1940型坦克裝備的是短管76.2毫米口徑的L-11 1938型來複炮，炮管長為30.5倍口徑。在1941年，極少數T-34坦克安裝了57毫米Zis-4長管高速火炮，用以從遠距離對輕型裝甲車輛進行攻擊，這種火炮以其高速率彌補了口徑小的缺陷。儘管L-11火炮沒有完全達到蘇軍追求的火炮條件，T-34坦克的設計者們對這種火炮也不完全滿意，但在1940型坦克生產期內，L-11火炮仍然是標準的武器配備。
一輛蘇聯T-34坦克在向維斯特拉河前進的途中被火焰照亮
幸運的是，蘇軍最終找到了更好的火炮，儘管蘇聯中央炮兵部主席庫利克極力阻止這種火炮的引入。格拉賓及其設計組成員在第92號工廠生產了一種新型的76.2毫米火炮，這種代號為F-32的火炮配備新型KV重型坦克。由於其炮管加長，反裝甲性能遠遠優於T-34 1940坦克使用的L-11火炮。
1940年底，格拉賓設計組的一名成員穆拉夫耶夫，將格拉賓的F-32火炮改裝，進而設計出了一種可應於用T-34坦克且性能明顯優於L-11的火炮 （這就是炮管更長的F-34，其炮管長為42倍口徑）。格拉賓和第92號工廠的廠長伊利安，在生產L-11火炮的同時，也開始生產F-34火炮，並將F-34火炮運到生產T-34坦克的哈爾科夫工廠，這是一次顯示極大主動性和勇氣的行動。首批F-34火炮於1941年1月完工，而首批裝備F-34火炮的T-34坦克——通常分類為T-34 1941型坦克，於1941年2月走出工廠。
士兵們從1輛有點過於擁擠的T-34坦克上跳下來
這些坦克主要作為排和連的指揮坦克使用，在德國入侵蘇聯後，這些坦克在作戰中非常受歡迎。斯大林從前線的報告中知道了這種新型號坦克，作戰部隊也要求配備更多裝備F-34火炮而不是L-11火炮的坦克，因此，蘇聯最高防禦委員會於1941年夏季授權生產F-34火炮。此後，蘇軍的T-34坦克均裝備這種76.2毫米的F-34 1940型（42倍口徑身管）火炮，直到後來德軍增加了坦克的防護裝甲，蘇軍於1943年後期開始使用85毫米火炮為止。儘管如此，裝備F-34火炮的坦克一直服役到戰爭結束。
F-34火炮為常規的半自動垂落式後膛，車長可以用手也可以用腳踩踏板來發射主炮。主炮的垂直射界為-3°- +30°，而L-11火炮可以向下降到-5°。對於L-11火炮，車長還負責手動或電動旋轉炮塔，在後一種情況下，速率為每秒鐘26°。在戰爭初期，蘇軍使用的標準破甲炮彈為BR-350A型，重6.3千克，炮口初速度為655米/秒。這種炮彈安裝在F-34火炮上，幾乎可以從任何距離穿透德軍3型坦克的裝甲，面對德軍最新型的前裝甲厚達50毫米的4型F坦克也毫不遜色。
1943年夏季一個烏克蘭村莊倖存的村民在路旁列隊歡迎經過的T-34/76D坦克車隊的情景
F-34火炮使T-34坦克在攻擊距離和攻擊威力上均佔據了明顯的優勢。 德軍為對付T-34坦克，於1941年春季拼湊式地引入了4型H坦克，這種坦克的前裝甲厚達80毫米。而蘇軍在使用了3千克重的硬心穿甲彈，即BR-350Ｐ型炮彈後，仍然處於領先地位。這種炮彈能從500米外穿透92毫米的裝甲，這個距離正是坦克作戰的平均距離。
然而，1943年，德軍引入了專門針對T-34坦克而設計的新型坦克之後，大大改變了戰場的平衡態勢。F-34火炮在正常的作戰距離根本無法穿透德軍“虎” 式和“豹”式坦克的前裝甲。在1943年7月庫爾斯克會戰中，T-34坦克被迫靠近德軍進行近距離攻擊或機動到德軍坦克側翼或後部進行攻擊，這種狀況一直持 續到1943年後期蘇軍引入了85毫米火炮才得以改觀。
德軍引入的“豹”式坦克
首批生產的115輛1940型坦克炮塔後部裝有DT機槍。這是一種氣動操縱的破甲型1928式機槍，有效射擊距離為800米，射速每分鐘600發，為了避免被卡住或過熱，射速一般保持在每分鐘125發。這種DT機槍有一個可收放式的金屬座及木製的手槍式握把。機槍使用單獨的光學瞄準鏡，不像一般步兵武器採用切線式瞄準尺瞄準。其圓盤式彈夾分兩排排列，每個可裝60發子彈。共有35個圓盤彈夾，供兩挺機槍使用，一半放置在炮塔後部的子彈架上，另一半放置在車體前部靠近炮手的地方。
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