По своим техническим данным и внешнему виду танк А-32 незначительно отличался от А-20. Он оказался на 1 т тяжелее (боевая масса — 19 т), имел такие же габаритные размеры и форму корпуса и башни. Аналогичной была и силовая установка — дизель-мотор В-2. Основные отличия заключались в отсутствии привода колёсного хода, толщине брони (30 мм вместо 25 у А-20), 76-мм пушке (на первом образце поначалу установили 45-мм), наличие в ходовой части пяти опорных катков на сторону.
Совместные испытания обоих танков проводились в июле — августе 1939 года на полигоне в Харькове и выявили сходство их тактико-технических характеристик, в первую очередь динамических. Максимальная скорость боевых машин на гусеницах была одинаковой — 65 км/ч; средние скорости также — примерно равные, причём эксплуатационные скорости танка А-20 на колёсах и гусеницах существенно не различались. По результатам испытаний был сделан вывод, что танк А-32, имевший запас по увеличению массы, целесообразно защищать более мощной бронёй, соответственно повысив прочность отдельных деталей. Новый танк получил обозначение А-34.
В октябре — ноябре 1939 года велись испытания двух танков А-32, догруженных на 6830 кг (до массы А-34). На основании этих испытаний 19 декабря А-34 приняли на вооружение Красной Армии под индексом Т-34.
Первый прототип Т-34 был изготовлен заводом № 183 в январе 1940 года, второй — в феврале. В том же месяце начались заводские испытания, которые были прерваны 12 марта, когда обе машины ушли в Москву. 17 марта в Кремле, на Ивановской площади, танки продемонстрировали И. В. Сталину. После показа машины пошли дальше — по маршруту Минск — Киев — Харьков.
Первоначальный производственный план на 1940 год предусматривал выпуск 150 серийных Т-34, но уже в июне это число возросло до 600. Причём производство предполагалось развернуть как на заводе № 183, так и на Сталинградском тракторном (СТЗ). Последний должен был изготовить 100 машин. Однако план этот оказался далёк от реальности — к 15 сентября 1940 года на ХПЗ изготовили только 3 серийных танка, а сталинградские «тридцатьчетвёрки» покинули заводские цеха только в 1941-м.
Первые три серийные машины подверглись в ноябре — декабре 1940 года интенсивным испытаниям стрельбой и пробегом по маршруту Харьков — Кубинка — Смоленск — Киев — Харьков. Испытания проводили офицеры НИБТПолигона. Они выявили так много конструктивных недостатков, что усомнились в боеспособности испытываемых машин. ГАБТУ представило отрицательный отчёт Полигона заместителю наркома обороны маршалу Г. И. Кулику, который утвердил его и тем самым прекратил производство и приёмку нового танка. (Кстати, почти до самого начала войны руководство Наркомата обороны не имело твёрдого мнения о танке Т-34, уже принятого на вооружение.) Руководство завода № 183 не согласилось с мнением заказчика и обжаловало это решение в главке и наркомате, предложив продолжать производство и давать армии Т-34 с исправлениями и сокращённым до 1000 км (с 3000) гарантийным пробегом. Точку в споре поставил К. Е. Ворошилов, согласившись с мнением завода. Однако главные недостатки, отмеченные в отчёте Полигона — теснота и слепота танка, — так и не были ликвидированы. Одновременно конструкторам поручили разработку нового танка — Т-34М: с 75-мм бронёй, торсионной подвеской, башней увеличенного размера, с командирской башенкой, экипажем из 5 человек. Работа над Т-34М велась до самого начала войны, причём были изготовлены бронекорпуса, башни, другие агрегаты и механизмы. Однако ни одной машины собрать так и не удалось, а после начала войны работу над новым танком прекратили.
План производства Т-34 на 1941 год составлял 2800 танков (в том числе по заводу № 183 — 1800, а по СТЗ — 1000) и был утверждён постановлением СНК СССР и ЦК ВКП(б) от 5 мая 1941 года. К 1 мая 183-й завод изготовил 525, а СТЗ — 130 машин.
Танк Т-34 образца 1940 года имел корпус, сваренный из катаных броневых листов. Верхний лобовой лист располагался под углом 60 градусов, верхняя часть борта шла под углом 45 градусов, нижняя — вертикально. В лобовом листе корпуса имелся люк механика-водителя. В верхней части крышки люка устанавливался центральный смотровой прибор. Боковые смотровые приборы водителя располагались слева и справа от люка под углом 60 градусов к продольной оси танка. Справа от люка механика-водителя в шаровой установке, прикрытой броневым колпаком, ставился пулемёт ДТ, огонь из которого вёл стрелок-радист. Антенный ввод первоначально размещался на башне танка, а затем был перенесён на правый борт корпуса.