Усилением вооружения БТ-2 занималось и Автотанковое бюро (АТБ) ЭКУ ОГПУ. В 1932 году оно рассматривало вопрос изготовления штампованных «грибообразных» (то есть сферических) башен под 76-мм орудие для Т-26 и БТ-2. По техзаданию надо было отштамповать башни из 11-мм брони. Но мощность прессов оказалась недостаточной, и после изготовления в начале 1933 года грибообразной башни из 6-мм брони дальнейшие работы прекратили. 26 октября того же года УММ РККА заключило с этим КБ договор на разработку и изготовление танка БТ с мелкозвенчатой гусеницей и 76-мм пушкой. Эта работа проводилась в 1933–1934 годах на заводе «Красный пролетарий» в Москве, куда УММ передало танк БТ-2. В октябре 1934 года модернизацию машины закончили. Танк получил новую башню с 76-мм орудием и пулемётом ДТ, для установки которой пришлось переделать верх корпуса и укладку снарядов. Трансмиссия, ведущие колёса и ленивцы были переконструированы под мелкозвенчатую гусеницу (по типу танка ПТ-1). Но вскоре в связи с ликвидацией АТБ все проводимые им работы в области танкостроения передали заводу Опытного машиностроения Спецмаштреста в Ленинграде, который, в свою очередь, всячески от них отказывался, ссылаясь на отсутствие средств. Поэтому дальнейшая судьба модернизированного БТ-2 неизвестна, вероятнее всего, машина была разобрана.
Говоря о попытках модернизировать БТ, стоит отметить, что они начались практически сразу же после начала его серийного производства. Уже 1 декабря 1931 года НТК УММ заслушал доклад Н. М. Тоскина по данному вопросу. Проект модернизации был представлен в двух вариантах: облегчённом и утяжелённом.
Первый предусматривал создание танка массой 7,5 т, бронёй 6–13 мм, авиамотором М-6 в 300 л.с., скоростью на гусеницах и колёсах 53 км/ч, вооружённого 37-мм пушкой и пулемётом ДТ, с экипажем из двух человек.
По второму варианту машина имела массу до 12,5 т, броню 6–13 мм, двигатель М-17 в 500 л.с., скорость на гусеницах 53 км/ч, на колёсах 74 км/ч, вооружение — одна 76-мм пушка и два пулемёта ДТ, экипаж — 3 человека. Ходовая часть состояла из 5 опорных катков большого диаметра, причём на колёсном ходу ведущими были два колеса (на борт).
НТК УММ постановило разработку утяжелённого типа БТ не прекращать, но вместе с тем первоочередной задачей считать модернизацию серийного образца.
Здесь необходимо рассказать о машинах, носивших индексы БТ-3, БТ-4 и БТ-6. В ряде как зарубежных, так и отечественных изданий БТ-3 представляют как вариант БТ-2 со сплошными (то есть штампованными) опорными катками, а БТ-4 как двухбашенную машину (по типу Т-26 обр.1931 г.) с пулемётным вооружением. Количество «выпущенных» машин при этом колеблется от опытных образцов до нескольких десятков серийных. Упоминается даже об их участии в боях начального периода Великой Отечественной войны! Увы, можно определённо сказать, что это заблуждение авторов. Архивные документы содержат совсем иные факты, что видно из приводимого ниже плана опытно-конструкторских работ на 1933 год.
«Программа работ секции нового проектирования Т-2К в 1933 году. Согласовано с начальником Т-2К В. В. Фокиным.
1. БТ-5-М5 — выпуск в серийное производство всех устройств машины БТ-5 с 45-мм установкой — в чертежах.
2. БТ-3 — выпуск в серийное производство чертежей с метрическими резьбами, полностью во всём согласованными со всеми особенностями производства БТ-2.
3. БТ-5-М17 — разработка проекта, изготовление рабочих чертежей для выпуска в серийное производство машины БТ-5 (45 мм) с М17.
4. БТ-5-БД-2 — предварительные эскизные проекты и изготовление рабочих чертежей для выпуска в серийное производство БТ-5 (45 мм) с двигателем дизеля БД-2.
5. БТ-6 — завершение сборочных чертежей машины, полностью электросварной в своём корпусе и его устройствах с упрятанными от цементационного слоя брони электрошвами, с учётом результатов испытаний БТ летом 1932 г., устроенной как БТ-5 с 45 мм. Выпуск в производство рабочих чертежей для изготовления опытных образцов этой машины.
6. БТ-76-М5 — предварительные эскизные чертежи, а вслед разработка проекта и рабочих чертежей для выпуска в серийное производство машины на основе БТ-3 с установкой 76 мм и М5.
7. БТ — эскизный проект с наименьшим весом, наивысшими скоростями, в особенности на гусеницах, при наибольшем вооружении.
27.01.33 года».