Тем не менее, почти сразу после поступления Т-38 в войска от военных пошли рекламации. В ходе летних маневров 1937 года выяснилось, что в боевом отношении новая машина ничем не отличается от Т-37А и по сути осталась такой же танкеткой с вращающейся башней, что и ее предшественница. Малое водоизмещение не позволяло Т-38 перевозить на броне через водные преграды даже двоих пехотинцев. Перегрузка в 120—150 кг приводила при маневрировании на плаву к захлестыванию водой люка командира, в результате чего танк тонул. Чтобы повысить мореходные качества, на Т-38, по рекомендации АБТУ, в частях пытались устанавливать поплавки, снятые со списанных Т-37, но это мало помогало. При движении на суше танк также вел себя не лучшим образом. Вызывала нарекания и его проходимость вне дорог — следствие недостаточной удельной мощности, а ниЭкая эффективность системы охлаждения приводила к быстрому перегреву и выходу из строя двигателя.
Итоги летних маневров 1937 года привели к тому, что танк был бъявлен небоеспособным, его производство приостановлено, а на завод № 37 прибыла комиссия НКВД. В результате проведенного разбирательства КБ завода № 37 получило задание доработать машину. Ее усовершенствованному варианту присвоили индекс Т-38М.
Весной 1938 года были изготовлены два образца танка Т-38М — Т-38М-1 и Т-38М-2. От серийного «тридцать восьмого» они отличались двигателем ГАЗ М-1 мощностью 50 л.с. и трансмиссией от тягача «Комсомолец» (кроме бортовых передач). От «Комсомольца» заимствовались также ведущие колеса и тележки подвески. Помимо этого, у Т-38М-1 ленивец опустили на грунт. Было улучшено охлаждение двигателя, установлены металлические надгусеничные полки вместо деревянных, а также внедрена новая гусеница с более высокими гребнями и усиленными пальцами. По аналогии с Т-37, машина получила дублированное управление. Внешне оба образца были похожи, но Т-38М-1 имел борт, увеличенный на 100 мм по сравнению с Т-38, а Т-38М-2 — только на 75 мм. В итоге водоизмещение первого возросло на 600 кг, а второго — на 450 кг. Испытания танков проводились по новой методике, специально разработанной АБТУ, и подтвердили принципиальную правильность основных изменений конструкции. Однако вновь проявились многочисленные мелкие недостатки. Дошло до того, что Н.А.Астрова на два месяца отстранили от работы, но затем опять вернули в КБ. В январе 1939 года танк Т-38М приняли на вооружение. Впрочем, это был своего рода синтезированный вариант: корпус Т-38М-1 с радиостанцией, ходовая часть от Т-38М-2, башня улучшенной конструкции. АБТУ потребовало усилить вооружение, и к лету 1939 года был разработан опытный образец сварной конической башни с крупнокалиберным пулеметом ДК. Правда, на танк она не устанавливалась и не испытывалась. Да и самих танков Т-38М в 1939 году было выпущено только 15 единиц. Все они использовались как учебные, поскольку имели двойное управление. В 1939 году работы по модернизации Т-38 прекратили — с конца 1938 года завод № 37 уже создавал новый плавающий танк Т-40, на который и ориентировались военные.
На базе агрегатов Т-38 в 1936 году построили два опытных образца самоходной артустановки СУ-45, вооруженной 45-мм пушкой.
Первый образец имел открытый сверху корпус. Спереди орудие и экипаж были защищены броневым щитом, с боков — откидными броневыми листами. Для защиты от атмосферных осадков предусматривался брезентовый тент. Орудие устанавливалось на коробке лафета и закреплялось в передней части корпуса. Боекомплект пушки состоял из 100 выстрелов. В передней части машины размещался пулемет ДТ с сошкой для стрельбы по наземным и воздушным целям.
В кормовой части САУ, отделенной броневой перегородкой, находился двигатель ГАЗ-А с алюминиевой головкой. С целью повышения компактности силового отделения двигатель располагался поперек корпуса. Системы двигателя, коробка передач и агрегаты трансмиссии (ведущие колеса, бортовые передачи, фрикционы и тормоза) были в основном заимствованы у танка Т-38. Ходовая часть была также унифицирована с танком Т-38, за исключением направляющих колес, взятых от Т-37.
Масса машины составляла 4,2 т, экипаж— 3 человека, броня — 9 мм. Максимальная скорость — 45 км/ч.
СУ-45 получилась слишком тяжелой, вследствие чего ее тягово-динамические качества оказались низкими, а надежность недостаточной.
Второй образец имел массу 3,4 т, экипаж — 2 человека. Механик-водитель, он же наводчик, располагался слева, заряжающий— справа. Боекомплект — 51 выстрел и 1100 патронов. Машина защищалась 8-мм броней.
В 1936 году на московском заводе «Компрессор» еще на опытном Т-38 смонтировали аппаратуру для дымопуска и огнеметания. В конце года машина успешно прошла полигонные испытания. Было принято решение о переработке установочных чертежей химического оборудования применительно к серийному Т-38. Однако танк ХТ-38 серийно не изготавливался.