התחמושת לתותח ה־76 מ"מ הייתה זהה לזו שהייתה בשימוש במשחיתי הטנקים M10 וולברין ו־M18 הלקט. פגז חודר שריון יכול היה לחדור שריון בעובי 116 מ"מ מטווח 500 מטרים ו־106 מ"מ מטווח 1,000 מטרים. חימוש זה היה מספיק בהחלט לחדור חזיתית את הפאנצר סימן 4 'H', הטנק הנפוץ בצבא הגרמני, שמיגונו לא עלה על 80 מ"מ בממוצע, אך הוא התקשה להבקיע את שריונם החזיתי של טנק הפנתר והטיגר הכבדים מטווחי קרב רחוקים וקרובים, וכתוצאה מכך השרמן 76 מ"מ היה נחות משמעותית כנגדם. הטיגר והפנתר לא נתפסו כאיום ממשי אצל האמריקנים, שהאמינו כי הם יופיעו בשדה הקרב במספרים קטנים, וכאשר המודיעין האמריקני גילה באפריל 1944 כי הגרמנים מסבים חלק ניכר מהייצור לטנקי פנתר, לקח זמן רב עד אשר הובנה חומרת הבעיה אצל הקצונה הבכירה. באוגוסט 1944 נכנס לשימוש סוג נוסף של פגז חודר שריון שכונה HVAP (High Velocity Armour Piercing - חודר שריון בעל מהירות גבוהה), בעל ליבה קשיחה מטונגסטן קרביד, שהיה קל יותר אך בעל מהירות לוע גבוהה יותר ולפיכך יכול היה לחדור יותר שריון. אולם פגז זה היה בשימוש מצומצם בגלל מחסור בטונגסטן.
בשלהי 1943 נכנס לשירות שרמן חמוש בתותח הוביצר בקוטר 105 מ"מ בצריח הרגיל לסיוע אש, אשר ירה פגזים נפיצים. טנקים אלו הופעלו במסגרת גדודי טנקים, במפקדות פלוגתיות.
מיגון.
עובי השריון של תובת השרמן עמד על 51 מ"מ בחזית ו־38 מ"מ בצד. בצריח היה שריון בעובי 76 מ"מ בחזית ו־89 מ"מ במגן התותח. בדגמים המאוחרים של השרמן (עם תובה מרותכת) הוגדל עובי שריון התובה ל־63 מ"מ. מיגון השרמן תוכנן לעמוד כנגד תותח הנגד־טנקים הגרמני המיושן בקוטר 37 מ"מ, מדגם Pak 36, אותו החלו הגרמנים להחליף כבר ב־1940, לאחר כיבוש צרפת. מאחר שהשלדה של השרמן לא יכלה לשאת תוספת שריון ניכרת מבלי להקריב אמינות מכנית, לא נעשה ניסיון להגדיל את עובי השריון בטנק. לפיכך, המיגון של השרמן, שהיה מספק כנגד האיומים מצד הטנקים הגרמניים בתחילת המלחמה, נעשה נחות ככל שהמלחמה התקדמה וגבר כוח האש של הטנקים הגרמנים. ב־1944, כל הטנקים והתותחים המתנייעים הגרמניים היו יכולים לחדור ללא קושי את שריון השרמן מטווחי קרב רגילים ולמעלה מכך. טנק הפאנצר סימן 4 מדגם H, הטנק הגרמני הנפוץ בתקופה, היה יכול לחדור את שריון החזית של השרמן בטווח של 2,000 מטרים ו־4,500 מטרים בצד הטנק.
כנגד האיום הגובר של מטולי הרקטות הגרמניים פאנצרפאוסט ו־פאנצרשרק הנישאים בידי הרגלים החלו צוותי השרמן האמריקנים להוסיף מיגון מאולתר לטנקיהם. ביחידות מסוימות ריתכו הטנקיסטים חוליות זחל רזרביות לפני מושביהם ומדפיהם - מנהג שרווח בכל חילות השריון של בעלות הברית, אף שבדרך כלל היה חסר תועלת במקרה של פגיעת פגז הגדול מזה של הפאנצרפאוסט. הצורה הנפוצה ביותר הייתה הוספת שקי חול בחזית הטנק. שריון מאולתר היה נפוץ במיוחד בשנה האחרונה של המלחמה באוקיינוס השקט.
ביוני 1944 נכנסו לשירות מספר מוגבל של 254 טנקי M4A3E2 שזכו לכינוי "ג'מבו", בו הוגדל עובי השריון ל־100 מ"מ בחזית התובה ו־152 מ"מ בצריח החדש מסוג T23, אך תותח ה־75 מ"מ נשאר. מספר טנקי M4A3E2 צוידו מחדש בשדה הקרב בתותח 76 מ"מ שנלקח מטנקי שרמן שנפגעו. טנקים אלו, שתוספת השריון הפחיתה ממהירותם, היו פופולריים ואהודים מאוד בקרב החיילים. הם תפקדו כטנקי הבקעה, ושימשו להובלת טורי טנקים.
מגרעת חמורה נוספת במיגון של טנק השרמן, בנוסף לשריון הדק, הייתה דליקותו הרבה וסכנת התפוצצות לאחר פגיעה. השרמן זכה בפי חיילי בעלות הברית לכינוי "רונסון", על שם חברת המציתים הידועה, ואילו הגרמנים קראו לו "תנור טומי" ("טומי" היה הכינוי הגרמני לחייל הבריטי).
הדעה הרווחת בצבא האמריקאי הייתה שהאשם נעוץ בשימוש במנוע בנזין במקום דיזל, ומכך שמכלי הדלק היו קלי שריון. למעשה, מרבית הטנקים בתקופה הונעו במנועי בנזין, והניסיון בקרב ובדיקות שבוצעו הוכיחו שהגורם העיקרי לשריפה בשרמן היה פגיעת פגז במדפי התחמושת שלא היו ממוגנים כראוי. חיל החימוש האמריקני פיתח שני פתרונות לבעיה שהוכנסו מ־1943: הראשון והפחות יעיל היה ריתוך פלטות שריון נוספות בעובי 25–30 מ"מ בנקודות שבהן אוחסנה התחמושת. הפתרון היעיל יותר היה לאחסן את תיבות התחמושת בנקודות 'מוגנות' יותר, כשהן מוקפות במים; כאשר פגז היה פוגע בתיבת התחמושת, הוא היה שופך בדרכו מים שהיו מסייעים לבלימת השרפה, ומאפשרים לצוות להיחלץ מהטנק. מחקר של הצבא האמריקני מ־1945 קבע כי רק 10–15 אחוז מטנקי השרמן עם מדפי תחמושת "רטובים" שספגו פגיעה ישירה מפגז נ"ט שחדר את השריון נשרפו, לעומת 60–80 אחוז עם המדפים "היבשים".
ניידות.
דגמי השרמן הראשונים השתמשו במערכת מזקו"ם קרדן־לויד עם קפיצים מסוג לוליין אנכי (VVSS) שנחשב למתקדם בתחילת המלחמה, אך עם עליית משקל השריון, החימוש, והתחמושת הוחלף במזקו"ם עם קפיצי לוליין אופקי (HVSS) וזחלים רחבים לחלוקת משקל יעילה. דגם זה קיבל את הסימון M4A3E8 וזכה לכינוי "השמונה הנוח" (Easy Eight). לטנק מערכת גלגל מניע קדמית (גלגל משונן המניע את השרשרת). הממסרה שכנה בחזית התובה. בכל הדגמים הורכבה מערכת חשמלית של 24 וולט. השרמן נהנה מניידות טובה לשעתו, בזכות היחס שבין עוצמת כוחות הסוס שלו למשקלו, והיה מסוגל להגיע למהירות של 40 קילומטרים לשעה בדרכים סלולות. אולם הדגמים המוקדמים, עם הזחלים הצרים יותר, התקשו לפעול בדרכים בוציות או מושלגות. קיבולת הדלק של בין 560 ל־660 ליטר בדגמיו השונים של הטנק העניקה לו טווח תאורטי של 150 עד 240 קילומטרים בהתאמה.
אחד היתרונות בשרמן היה אמינותו המכנית, שהתבטאה ביכולתו לגמוא קילומטרים רבים בטרם יזדקק לתיקון או להחלפת מרכיבים חיוניים. בחינה שבוצעה על טנקי שרמן באוקטובר 1944 מצאה כי גם אחרי שעברו מרחק של 1,600 קילומטרים היו הטנקים במצב מכני מצוין. בהתאם לכך, טנקי השרמן היו עוברים מסעות ארוכים כדבר שבשגרה. הדוגמה הבולטת ביותר הייתה בקרב על הבליטה, בחורף מושלג בתנאים קשים, שם טנקים של הארמייה השלישית עברו מרחקים גדולים ללא עצירה, ועם אבדות מינוריות כתוצאה מתקלות מכניות. בנוסף, בטנק השרמן היה קל לבצע תחזוקה בתנאי שדה, וכתוצאה היה מספר הטנקים הכשירים לקרב גבוה מאוד.
היסטוריית שרות.
מלחמת העולם השנייה.
במהלך מלחמת העולם השנייה היו כ־19,247 טנקי שרמן מדגמים שונים בשימוש יחידות שריון של צבא ארצות הברית, 1,114 היו בשימוש חיל הנחתים האמריקני, 17,184 טנקי שרמן הועברו לשימוש חיל השריון של הצבא הבריטי וחלקם הועברו לשימוש הצבא הקנדי וצבא פולין החופשית. 4,102 הועברו לשימוש הצבא האדום וכ־800 שרמנים הועברו לידי הצבא הסיני. טנקים נוספים הועברו לצבאות אחרים שנלחמו לצד בעלות הברית.
הצבא האמריקני הפעיל את הטנקים שלו הן בדיוויזיות שריון, והן בגדודי טנקים נפרדים שסופחו לדיוויזיות חיל־רגלים לסיוע (לרשות דיוויזיות חי"ר גם עמד גדוד משחיתי טנקים בדרך כלל). דיוויזיית שריון אמריקנית ב־1942 לא הייתה בת איזון מספק בין טנקים לרגלים; היא כללה שתי רגימנטי טנקים, כל רגימנט בן שלושה גדודי טנקים, למספר כולל של 232 שרמנים ו־158 טנקים קלים מדגם M5A1 סטיוארט, אך רק רגימנט חי"ר ממוכן בודד. ב־1943 הוחל בארגון מחדש בדיוויזיות השריון, כתוצאה מלקחי הקרבות, למערך 'רזה' של שלושה גדודי חי"ר ממוכן ושלושה גדודי טנקים למספר כולל של 186 שרמנים ו־77 M5A1. לפי התקן הרשמי של 1944, גדוד טנקים אמריקני כלל שלוש פלוגות שרמנים (פלוגות א' עד ג') ופלוגת טנקים קלים M5A1 סטיוארט (פלוגה ד'), לסך כולל של 53 שרמנים ו־17 סטיוארט בגדוד. בנוסף, בגדוד היו 6 טנקי שרמן 105 מ"מ (חמושים בתותח הוביצר 105 מ"מ לסיוע אש) נוספים.
זירת צפון אפריקה.
טנק השרמן הופיע לראשונה בשדות הקרב של צפון אפריקה, בידי הצבא הבריטי: בתחילה הועברו טנקי שרמן במספרים קטנים ליחידות שריון נבחרות לצורך לימוד והכרת הכלי החדש, אך עם התקדמותו של קורפוס אפריקה בפיקודו של הפלדמרשל ארווין רומל לכיוון מצרים הוחש התהליך ו־300 טנקי שרמן מסוג M4A1 הועברו לידי הארמייה השמינית של הצבא הבריטי בגזרת המדבר המערבי, ובאוקטובר 1942 הופעלו בקרב אל־עלמיין השני. השרמנים זכו להערכת הצוותים הבריטיים, שכן להם היו כל היתרונות של ה־M3 לי/גרנט, ללא החסרונות.
טנקי שרמן (M4A1) הופעלו לראשונה בקרב תחת פיקוד וצוותים אמריקאים בנובמבר 1942, במבצע לפיד, שם הקוד שניתן למבצע נחיתה אמפיבית של בעלות הברית בחופי צפון אפריקה המערבית - מרוקו ואלג'יריה. שם הם נלחמו מול טנקי פאנצר סימן 3 חמושים בתותחים בקוטר 50 מ"מ, וטנקי פאנצר סימן 4 חמושים לרוב בתותחים 75 מ"מ בעלי קנה קצר. המערכה חסרה את מאפייני הקרבות שהתנהלו במדבר המערבי, אך במספר מפגשים עם כוחות שריון גרמניים סבלו היחידות האמריקאיות מאבדות כבדות. הסיבה המיידית לאירועים אלו נבעה בעיקר מנאיביות וחוסר אימון של הצוותים האמריקאיים מול המיומנות הגבוהה של החיילים הגרמניים המנוסים מקורפוס אפריקה, ותורת הלחימה הגרמנית שהכתיבה שיתוף פעולה הדוק עם יחידות נ"ט. מפגש מתועד ראשון אירע ב־6 בדצמבר 1942 במהלכו הושמדה מחלקת שרמנים; חודשיים לאחר מכן נקלע כוח טנקים אמריקאי לקרב עם כוח גרמני ובמהלכו הושמדו טנקים אמריקאים על ידי כוח שריון משולב עם תותחי נ"ט 88 מ"מ המצוינים. למרות כישלונות אלו ואחרים במהלך המערכה על צפון אפריקה, זכה השרמן להערכת אנשי הצוות ושדרת הפיקוד האמריקאית, והפך לטנק העיקרי בכוחות השריון.