Одним из первых Т-34-85 с 85-мм пушкой получил 38-й отдельный танковый полк. Эта часть имела смешанный состав: помимо Т-34-85 в ней находились и огнеметные танки ОТ-34. Все боевые машины полка были построены на средства Русской Православной церкви и несли на своих бортах название «Димитрий Донской». В марте 1944 года полк вошел в состав 53-й общевойсковой армии и принял участие в освобождении Украины.
В заметном количестве Т-34-85 использовались в ходе наступления в Белоруссии, начавшегося в конце июня 1944 года. Они составляли уже более половины из 811 «тридцатьчетверок», принимавших участие в этой операции. В массовом же порядке Т-34-85 применялись в боевых действиях в 1945 году: в Висло-Одерской, Померанской, Берлинской операциях, в сражении у озера Балатон в Венгрии. В частности, накануне Берлинской операции укомплектованность танковых бригад боевыми машинами этого типа была почти стопроцентной. Следует отметить, что в ходе перевооружения танковых бригад в них произошли некоторые организационные изменения. Поскольку экипажи Т-34-85 состоял из пяти человек, то для их доукомплектования был использован личный состав роты противотанковых ружей батальона автоматчиков бригады.
На завершающем этапе войны, воюя на Т-34-85, наши танкисты добились немалых побед. В боях на реке Одер, например, отличился наводчик танка Т-34-85 гвардии старшина Егор Клишин из 1-го батальона 62-й Пермской гвардейской танковой бригады. Огнем из засады он уничтожил 7 (по другим данным 6) танков, 4 бронетранспортера, 7 автомашин и до 70 солдат и офицеров противника. При взятии города Штейнау 30 января 1945 года командир 2-го танкового батальона 61-й гвардейской танковой бригады младший лейтенант Павел Лабуз уничтожил 15 немецких танков. В этих же боях отличился механик-водитель танка Т-34-85 гвардии старшина Иван Кондауров. При форсировании реки Одер и удержании плацдарма, будучи механиком-водителем танка, а затем став командиром танка, вместе с экипажем уничтожил два «тигра», 3 танка Pz.IV, одно самоходное орудие, 4 бронетранспортера, 17 автомашин и 250 солдат и офицеров противника.