Усиление защищенности должно было достигаться за счет уменьшения габаритов машины и увеличения толщины брони до 120 мм, с приданием обтекаемой формы корпусу и башне. Корпус танка (комбинированной конструкции) предполагалось выполнить из крупных литых и прокатных деталей, а башню — отливать из брони высокой твердости. Соединение отдельных частей корпуса предусматривалось выполнять путем сварки. Доступ к месту механика-водителя и в боевое отделение предполагался через люк в башне и аварийный люк в днище. Орудие в башню должно было заводиться через съемную крышу башни и крепиться при помощи накладных боковин с подшипниками, имеющими шаровые опоры.
Моторная установка — дизель В-2К мощностью 600 л.с., система охлаждения — с вентилятором центробежного типа, двустороннего всасывания. Радиатор — пластинчатого типа, подковообразной формы. Трансмиссия танка включала главный фрикцион, КПП, бортовые фрикционы и бортредукторы. Бортредуктор — планетарный, одноступенчатый, был вмонтирован в кронштейн ведущего колеса. Ходовая часть — пятикатковая.
Спроектировали два варианта коробки передач: 9-скоростную, конструкции А.Ф. Маришкина и 8-скоростную — Н.Ф. Шашмурина.
В первой КП было три передачи и три ступени редуктора, во второй — четыре передачи и две ступени редуктора-демультипликатора. Шашмурин разработал также одноступенчатый планетарный механизм поворота (вместо бортового фрикциона).
В связи с внезапной кончиной 19 июля 1942 г. Н.В. Цейца работы по КВ-13 приостановили. В сентябре построили опытный образец машины. В октябре 1942 г. он прошел заводские испытания, в ходе которых выявилась недоработанность ряда узлов и агрегатов. Отмечалась также недостаточная численность экипажа — 3 чел.
С учетом недостатков первого образца КВ-13 конструкторы Опытного завода № 100 при ЧКЗ доработали его конструкцию. Боевая масса машины при этом возросла до 38 т. Теперь танк обозначался как «Объект 233». Первьй опытный образец был изготовлен в конце 1942 г.
Опыт боевого применения и эксплуатации тяжелого танка КВ выявил ряд его существенных недостатков. Другой советский танк, средний Т-34, имел практически одинаковое с ним вооружение, незначительно уступал ему в броневой защите, но был более маневренным и имел значительно меньшую боевую массу. Машину хорошо освоили в войсках, а выпуск ее параллельно осуществлялся на нескольких заводах. Вследствие этого в танковом парке Красной Армии средних танков Т-34 было примерно в 6 раз больше, чем КВ.
Когда в середине 1942 г. фронт начал приближаться к Сталинграду, встал вопрос о компенсации сокращения выпуска Т-34 на Сталинградском тракторном заводе (СТЗ), поскольку он мог оказаться в зоне боевых действий. И Государственный Комитет обороны принял решение об освоении производства «тридцатьчетверок» в Челябинске на ЧКЗ-единственном заводе, производившем тяжелые танки КВ.
В это же время (к середине 1942 г.) произошло изменение в составе руководства Наркомтанкопрома. На пост наркома вместо В.А. Малышева был назначен директор Челябинского Кировского завода И.М. Зальцман. Перед ним была поставлена задача-всемерно наращивать количественный выпуск танков. И.М. Зальцман обещал Сталину стремиться довести суточный выпуск до 100 единиц.
Конструктивные недостатки КВ были хорошо известны конструкторам ЧКЗ. Поэтому еще летом, в ходе работ по КВ-13, в СКБ-2 под руководством заместителя главного конструктора Н.Л. Духова началось проектирование новой модификации тяжелого танка КВ.
Этот танк, получивший обозначение КВ-1С, характеризовался уменьшенной толщиной брони борта и днища. Конфигурация машины была изменена за счет уменьшения размеров башни и высоты корпуса в кормовой части. Конструктивные решения узлов и деталей трансмиссии и ходовой части также пересмотрели в сторону уменьшения их размеров и массы. Пятиступенчатая коробка передач, как ненадежная и морально устаревшая, подлежала замене на 8-скоростную (как на КВ-13). Изменили главный фрикцион и опорные катки, уменьшили ширину гусеницы. Кроме того, в гусеничной ленте устанавливались траки (через один) с гребнями и без них. Двигатель остался прежний — В-2К.
Компоновка боевого отделения подверглась существенным изменениям. Эту важную работу выполнял Григорий Николаевич Москвин. В танке КВ-1 наводчик размещался слева от пушки, командир и заряжающий — справа. В КВ-1 С место командира танка перенесли на левую сторону башни и над ним (на крыше башни) установили неподвижную командирскую башенку с пятью зеркальными смотровыми приборами для кругового обзора.
В танке КВ-1 монтаж пушки осуществлялся через окно в передней стенке башни. Сначала внутрь башни заводилась казенная часть орудия, а затем корытообразная бронировка, закрывающая переднюю часть установки пушки и спаренного с ней пулемета, крепилась изнутри башни болтами по периметру окна.