Вооружение танка вылилось в самостоятельную проблему. Для БТ-2 предполагалось использовать 37-мм танковую пушку Б-3 (5К) в спаренной установке с пулемётом ДТ. Партия Б-3 в количестве 350 штук была запущена в производство в 1931 году на заводе № 8 в Мытищах. Скоро выяснилось, что ГАУ не справилось с изготовлением опытных образцов спаренной установки и вследствие этого отказалось от постановки её на производство. Это привело к тому, что в I квартале 1932 года пришлось вносить изменения в чертежи башни, а первые 60 башен, изготовленные Ижорским заводом, приспособили под отдельную установку пушки, поскольку в них оказалось технически невозможно вырезать отверстие под шаровую установку ДТ. В таком виде башни вместе с танками поступили в войска. Большой танковой программой 1932 года предполагалось, что первые 350 БТ-2 будут вооружены 37-мм пушкой Б-3 и пулемётом ДТ в раздельных установках, а остальные машины — 45-мм пушкой 20К, опытный образец которой прошёл испытания во II квартале 1932 года и был принят к производству на заводе № 8. Под эту пушку, спаренную с пулемётом ДТ, для танков Т-26 и БТ-2 были спроектированы новые башни большего размера. Испытания стрельбой показали полную её надёжность. Производство башен под 45-мм пушку началось в конце 1932 года на двух заводах — Ижорском и Мариупольском. Первый выпускал башни усовершенствованного типа (с большой нишей), а Мариупольский первые 230 башен изготовил по первому варианту (с малой нишей). Однако на танках БТ-2 ни та, ни другая башни не использовались.
В 1932–1933 годах изготовили 610 танков БТ-2, из которых 350 не имели пушек. Вооружить их штатной пушкой Б-3 не представлялось возможным, так как завод № 8 выпускал её без разработанного техпроцесса, кустарным (!) способом. Заказ на 350 пушек так и не был выполнен полностью.
В начале 1933 года предприняли попытку установить 45-мм пушку 20К в штатную башню БТ-2. Этот проект разработал конструктор Родионов. В кормовой части башни был сделан вырез для снарядного ящика с противовесом из стальных листов массой 80 кг для уравновешивания башни. Пушка, установленная в новой маске, была выдвинута вперёд по отношению к оси башни на 460 мм и, в свою очередь, уравновешена двумя пружинами. Передняя часть люльки и откатывающаяся часть ствола на длине 300 мм имели броневое прикрытие. Сиденья и ножной спуск были взяты от 45-мм пушки без изменений. Испытания, проведённые в мае 1933 года на полигоне завода № 8, выявили ряд недостатков. Разместить двух членов экипажа в башне оказалось чрезвычайно трудно, причём в случае срыва откатных масс пушки ствол задевал наводчика за правое плечо. Очень неудобно было пользоваться прицелами. Ствол пушки сильно выходил за габариты танка, особенно значительно при развороте башни на 90 градусов. В результате установку признали сложной в изготовлении и дорогой, и в серию она не пошла.
Ещё один вариант вооружения танков БТ-2 — установка 7,62-мм спаренного пулемёта Дегтярёва ДА-2 — испытывался в июне — июле 1933 года и был рекомендован для вооружения танков БТ, причём монтаж производился силами воинских частей.
Таким образом, танков БТ-2 с пулемётным вооружением (именуемых в иностранных и некоторых отечественных изданиях как БТ-1, что не соответствует действительности) было изготовлено больше, чем пушечных.
Необходимо отметить, что уже в то время делались попытки кардинально усилить вооружение лёгких танков вообще и БТ в частности. Так, 6 июня 1931 года И. А. Халепский утвердил задание на проектирование колёсно-гусеничного танка по типу Кристи, который при массе в пределах 14 т, бронировании 13–20 мм и скорости не ниже 40 км/ч на гусеницах и 70 км/ч на колёсах должен был вооружаться 37- и 76-мм пушками и двумя пулемётами. Причём одну пушку и один пулемёт предполагалось установить во вращающейся башне, а остальные — в корпусе. Экипаж машины — не менее 3 человек. Согласно этим требованиям Опытно-конструкторское и испытательное КБ УММ РККА, руководимое Н. И. Дыренковым, разработало проект и построило в натуральную величину макет танка Д-38. 18 ноября 1931 года проект был рассмотрен комиссией УММ РККА, которая нашла его неудовлетворительным.
В следующем году, используя опыт работы над Д-38, КБ Дыренкова изготовило и установило на танк БТ-2 башню увеличенного размера с 76-мм полковой пушкой с укороченной длиной отката (ранее установленную на СУ-1) и пулемётом ДТ в раздельных установках. 25 марта 1932 года машина проходила испытания на артиллерийском полигоне Пролетарской дивизии. Из-за неудачной конструкции артустановки и заедания роликового погона башни при выстрелах этот вариант дальше опытного образца не пошёл.
В 1933 году завод «Красный путиловец» спроектировал цилиндрическую башню с 76-мм пушкой, единую для танков Т-26 и БТ, но и она была отвергнута УММ РККА из-за ряда недостатков.
Годом раньше не прошёл проект установки на БТ-2 76-мм динамореактивной пушки (ДРП), предложенный Л. В. Курчевским.