На машине устанавливалась радиостанция 9Р или 10Р (10РК-26) с умформерами РУ-75В и РУ-11Б, для внутренней связи служило танковое переговорное устройство ТПУ-4БИС.
До начала марта 1943 года была изготовлена первая партия установок в количестве 35 машин, которые были отправлены на формирование тяжелых самоходно-артиллерийских полков РВГК. Такие полки формировались по штату № 08/218 (361 человек, 12 СУ-152).
С апреля тяжелые самоходно-артиллерийские полки стали переводиться на штат № 010/454, отличавшийся от предыдущего введением во взвод управления полка танка КВ для командира полка и одного бронеавтомобиля БА-64 для разведки и связи. В октябре 1943 года полки СУ-152 были реорганизованы по штату № 010/482 (234 человека, 12 СУ-152, 1 КВ1С). Тогда же наиболее управляемым был признан штат четырехбатарейного полка. В период с октября 1943 по февраль 1944-го все полки получили САУ для командиров батарей и были переведены на новый штат № 010/461. По нему полк стал иметь четыре батареи по пять САУ в каждой — всего 21 установка. По этому штату в полк дополнительно были введены рота автоматчиков и саперный взвод.
Подготовка личного состава для самоходно-артиллерийских частей в течение всей войны велась Учебным центром самоходной артиллерии (УЦСА) в поселке Клязьма Московской области, сформированным 25 ноября 1942 года на основе постановления ГКО и приказа НКО СССР. Центр находился в подчинении командующего артиллерией Красной Армии. Задачей УЦСА являлись формирование и обучение самоходно-артиллерийских полков, маршевых батарей и отправка их на фронт. Центр состоял из пяти групп: одна занималась формированием тяжелых, две — средних и две — легких самоходно-артиллерийских полков. Во главе каждой группы стояли начальник группы и штаб. Для подготовки тяжелых самоходно-артиллерийских полков в марте 1943 года в Челябинске были сформированы 21-й учебный тяжелый самоходно-артиллерийский полк и 36-й запасной самоходно-артиллерийский полк под Москвой. Сформированные в учебных полках маршевые батареи направлялись в УЦСА, где они распределялись по группам, затем сводились в полки, пополнялись личным составом из запасного полка, специалистами (ремонтниками, связистами, радистами, шоферами и др.), комплектовались военно-техническим имуществом и автомобилями. После этого полки отправляли на фронт.
Командиров тяжелых САУ и старших механиков-водителей готовили 2-е Киевское училище самоходной артиллерии, 3-е Горьковское, Соликамское и Буйское танковые училища.
Серийное производство самоходных установок СУ-152 продолжалось до декабря 1943 года — до снятия с производства танка КВ-1C. Всего было выпущено 670 таких машин.
Боевое крещение СУ-152 получили в боях на Курской дуге, правда, еще в весьма ограниченном количестве. Так, например, в составе войск Центрального фронта имелось всего 25 боевых машин этого типа. Тем не менее, появление их стало неприятным сюрпризом для немцев.