Первая, сформированная по новому штату бригада – 78-я, имевшая 5 KB и 22 Т-34, убыла на фронт уже 14 февраля. Затем было сформировано ещё несколько бригад аналогичной организации.
Помимо танковых бригад и батальонов, танки KB направлялись непосредственно в распоряжение командующих бронетанковыми и механизированными войсками фронтов для пополнения частей, уже ведущих боевые действия. Например, в мае 1942 года было отгружено 128 танков KB: 28 – Брянскому, 20 – Калининскому, 30 – Крымскому фронтам и 40 – в войска Юго-Западного направления. В начале июля 1942 года по личному распоряжению И.В.Сталина началось формирование отдельных танковых батальонов KB по 15 машин и отдельных танковых рот по 10 машин в каждой. 6 – 7 июля два таких батальона направили под Воронеж, а 12 отдельных рот – в 40-ю и 6-ю резервную армии, а 11 июля восемь рот ушли в распоряжение командующего 62-й армией. Кроме того, весной – летом 1942 года были сформированы, как минимум, три танковых бригады, полностью укомплектованные KB, – 89-я, 133-я и 217-я, которые успешно действовали на Сталинградском направлении, но понесли тяжёлые потери.
В распутицу весной 1942 года на Крымском фронте и под Харьковом тяжёлые машины в больших количествах выходили из строя из-за поломок коробок передач. Боевая эффективность снижалась и рядом других обстоятельств – например, недостатками в структуре танковых частей, когда в бригаде имелась рота тяжёлых танков KB, рота средних и рота лёгких танков. Управлять такой бригадой было трудно, по крайней мере, по двум причинам: во-первых, на танках стояли радиостанции разных типов – и связь по радио между ротами была довольно сложной; во-вторых, на марше роты шли с разными скоростями; в-третьих, тяжёлые танки KB, действовавшие, как правило, в первом эшелоне или в передовом отряде, затрудняли движение идущим вслед средним и лёгким танкам, так как разрушали мосты и переправы. Вместе с тем, как танк поддержки пехоты KB не имел себе равных – толстая броня и большой силуэт позволяли пехотинцам надёжно укрываться за ним в ходе атаки. Кроме того, при движении на первой передаче скорость KB была такой же, как у шедших в атаку солдат. По отзывам танкистов, танки Т-34 было довольно сложно вести со скоростью 5 – 6 км/ч , в результате чего они часто отрывались от своей пехоты в ходе атаки.
К слову сказать, несмотря на низкую надёжность агрегатов KB, при правильной эксплуатации и наличии запасных частей можно было эксплуатировать эти машины достаточно долго. Генерал-майор И. А. Вовченко, прибывший на фронт для определения качества тяжёлых танков осенью 1942 года, вспоминал: «…В руках опытных водителей танк KB отработал в походе и в бою по пять тысяч часов, машины прошли без ремонта мотора по три тысячи километров. Это почти в три раза больше, чем предусмотрено техническими условиями эксплуатации танков. Семьдесят вмятин и три тысячи пройденных километров! На этих машинах можно дойти до Берлина без ремонта. Таково было единодушное мнение гвардейцев-танкистов 3-й бригады 7-го корпуса, которым командовал Павел Ротмистров».
И действительно, при грамотном использовании KB могли успешно бороться с немецкими танками. Например, командир взвода 158-й танковой бригады Юго-Западного фронта Д. Шолохов 30 июля 1942 года в районе населённого пункта Нестерное уничтожил на своём KB восемь танков противника, а командир KB 15-й танковой бригады С. Коновалов, прикрывая отход товарищей у хутора Нижнемитякин Ростовской области, остановил вражескую колонну, уничтожив 16 танков, два бронеавтомобиля и восемь автомашин.
22 декабря 1942 года рота тяжёлых танков KB из 2-й танковой бригады 37-й армии Южного фронта прикрывала отход стрелковой дивизии на новый рубеж обороны. Особенно отличился при этом экипаж политрука В. К. Витина, уничтоживший три танка и несколько десятков солдат противника. Политрук погиб в бою 8 февраля 1943 года у села Бондарное Донецкой области при атаке моторизованной колонны противника. Сначала его танк подбил головную машину, а затем двинулся по дороге, давя гусеницами орудия, тягачи и автомашины. На пути KB появился вражеский средний танк Pz.III. По приказу политрука механик-водитель направил свою машину на противника. Раздался удар, а затем прогремел взрыв. Экипажи обоих танков при этом погибли.
В бою 8 января 1943 года при отражении вражеской контратаки в районе Великих Лук экипаж танка KB под командованием лейтенанта Аркадия Кузнецова из 13-го отдельного гвардейского танкового полка в одном бою уничтожил восемь танков противника.