Продолжилось и дальнейшее развитие самой пушки-гаубицы Д-20. ЦКБ «Титан» разработало модернизированную версию системы Д-20М под шифром «Хитин» (индекс ГРАУ 52-П-546М), оснащенную автоматическим досылателем. Это позволяет поднять максимальную скорострельность до 7-8 выстр./мин. Но у Российской Армии эта модификация в свое время интереса не вызвала, и она предлагается производителем на экспорт.
Новые 152-мм пушки-гаубицы Д-20 поступили в части Советской Армии в 1956 г. Несколько позже начались их поставки в вооруженные силы государств-союзников и «стран-клиентов» СССР на международной арене.
В эксплуатации Д-20 зарекомендовала себя «на отлично» от полярных до тропических широт. Естественно, что будучи тяжелой артиллерийской системой, она требовала изрядной силы и выносливости от расчета при работе с ней. Однако наличие опускаемого поддона, домкратов и подхоботовых катков сделало ее гораздо более удобной в обслуживании по сравнению со старыми орудиями вроде 152-мм гаубицы-пушки обр. 1937 г. (МЛ-20). Связка из механического и оптического прицелов стала вообще стандартной для многих типов советских образцов артиллерийского вооружения. Все это в должной мере оценили в войсках. Причем Д-20, изначально предназначавшаяся для корпусного уровня армейской иерархии, в итоге заняла прочное место в артиллерийских полках советских мотострелковых и танковых дивизий.
Собственно говоря, приказ Народного комиссариата обороны от 10 июля 1945 г. запустил процесс переформирования существовавших на тот момент механизированных и танковых корпусов Красной Армии в дивизии соответствующих типов. В некоторых из них на вооружении штатно состояли предшественницы Д-20 - 152-мм гаубицы-пушки обр. 1937 г. (МЛ-20); таким образом состоялось возвращение тяжелых шестидюймовых орудий на дивизионный уровень. Но это не означало отмены промежуточной ступени войсковой иерархии между дивизией и армией, как это было летом 1941 г. Она продолжила свое существование в Советской Армии и именовалась в зависимости от временного периода по-разному: в 1950-х гг. - «стрелковый корпус», потом - «мотострелковый корпус», а в 1980-х гг. - «армейский корпус». В его состав входил артиллерийский полк (в редких случаях - артиллерийская бригада, как в 12-м армейском корпусе), для которого изначально и предполагались 152-мм пушки-гаубицы Д-20.
Однако отмеченное выше наличие 152-мм орудий с баллистикой МЛ-20 в некоторых танковых и мотострелковых дивизиях привело к тому, что такое положение вещей стало распространенным повсеместно. При этом существовало большое количество вариантов организационно-штатной структуры их артиллерийских полков в сочетании с типами находящихся в них ствольных артиллерийских систем. Типовой схемой было вооружение двух его дивизионов (три батареи по шесть орудий) 122-мм гаубицами, третьего - 152-мм орудиями (Д-1, МЛ-20, Д-20, те же три шестиорудийные батареи) и в еще одном были боевые машины реактивной артиллерии.
Но на практике, особенно после 1973 г., с началом поступления в войска новых самоходно-артиллерийских установок 2С1 и 2СЗ, возникла ситуация, когда многие полки стали индивидуальными в плане наличия в их составе самоходных и «обычных» гаубичных дивизионов. Например, 340-й артполк 9-й мотострелковой дивизии 12-го армейского корпуса имел два самоходных дивизиона на 2СЗ (гаубичные с Д-30 отсутствовали вовсе) и реактивный дивизион на БМ-21 «Град». В некоторых частях дивизионы включали в себя четыре батареи, 48 орудий в сумме. Поэтому довольно трудно указать общий вариант организационно-штатной структуры частей и соединений, вооруженных Д-20; для нахождения более подробной информации надо обращаться к документам конкретных корпусов, дивизий и полков.