במהלך העבודה על ה-SMK, צוות הפיתוח של קוטין השתכנע כי עדיף יהיה להיפטר גם מהצריח המשני, שהוסיף רבות למשקל הטנק, ולהשתמש רק בצריח בודד עם תותח 76 מ"מ. בפברואר 1939, ללא אישור מדרג גבוה, החל קוטין לתכנן גרסה בעלת צריח בודד של ה-SMK בשם KV, על שמו של קלימנט וורושילוב, קומיסר ההגנה באותן שנים וחברו של סטלין. באוגוסט 1939, הוועדה המרכזית של המפלגה הקומוניסטית ערכה מפגש לשם דיון על עתיד ייצור הטנקים. מלבד הצגתם של התוכניות המשופרות של ה-SMK ושל ה-T-100, קוטין גם הציג בפני סטלין את ה-KV, והאחרון אישר את בנייתם של אבטיפוסים לשלושת הדגמים.
ה-KV ירש רבים מהמאפיינים של ה-SMK, ביניהם פנים התובה, התמסורת והאופטיקה. ה-KV היה אמור להיות חמוש בתותח 76.2 מ"מ F-32, אולם התותח לא היה מוכן בזמן ותותח ה-L-11 (בקוטר 76.2) החלש יותר הותקן. אחד היתרונות של דגם האבטיפוס של ה-KV היה שהוא שקל כ-8 טונות פחות מה-SMK, ולמרות זאת היה בעל שריון עבה יותר. במבחני שדה שנערכו לשלושת האבטיפוסים בספטמבר, ביצועיו של ה-KV מבחינת ניידות היו גבוהים בהרבה משל ה-T-100 וה-SMK.
טבילת האש הראשונה של ה-KV לא איחרה לבוא. בדצמבר 1939, ברית המועצות תקפה את פינלנד במה שנודע כמלחמת החורף, ודגם האבטיפוס של ה-KV (יחד עם הדגמים של ה-T-100 וה-SMK) נשלח לחזית כדי שיהיה ניתן לבחון אותו בתנאי קרב אמיתיים. פעולות הקרב הראשונות של ה-KV התרחשו בין 17 ל-19 בדצמבר; הוא תפקד בצורה מרשימה, הוכיח עצמו כאמין מבחינה מכנית, והשריון העבה שלו היה עמיד לחלוטין למול אש האויב. ב-19 בדצמבר אישר סטלין את ה-KV לשירות, וכ-50 טנקים הוזמנו לייצור.
מאפיינים.
כשה-KV-1 הופיע לראשונה, השילוב של המיגון החזק, ניידות וכוח אש הפכו אותו לאחד מהטנקים החזקים בעולם בשעתו. השריון בחזית הטנק ובצריח היה 75 מ"מ ו-90 מ"מ בהתאם, מה שהפך אותו לחסין למרבית תותחי הנ"ט הקיימים. למרות שמשקלו הגיע ל-45 טון, הוא הצליח להגיע למהירות סבירה של 35 קמ"ש על כביש, וליהנות מניידות טובה. אלו הושגו בזכות מערכת מתלים משופרת מה-SMK וזחלים רחבים. ה-KV הונע על ידי אותו מנוע דיזל של ה-T-34, ה-V-2 בעל הספק של 600 כוחות סוס. בטנק היו חמישה אנשי צוות: הנהג ישב במרכז החלק הקדמי של הטנק, משמאלו הקשר-קלע. שלושה אנשי צוות נוספים מוקמו בצריח: תותחן, טען ומפקד. תאי הצוות בטנק היו רחוקים מלהיות טובים והם הורידו את ביצועיו של ה-KV. כשפתחי הטנק היו סגורים, לנהג ולמפקד הייתה ראות מוגבלת ביותר. בנוסף, לדגמים הראשונים היו לא מעט בעיות טכניות בתמסורת ובמצמד שהקשו מאוד על ההיגוי. למעשה, המצמד היה כל כך בעייתי, שהנהג נאלץ לעצור את הטנק כדי להחליף הילוך.
ה-KV-1 היה אמור להיות חמוש בתותח 76.2 מ"מ F-32, אולם בעקבות עיכובים באספקת התותח השתמשו הדגמים המוקדמים של הטנק בתותח L-11 בקוטר 76.2 מ"מ החלש יותר. מאוחר יותר, ה-KV-1A דגם 1940 חומש בתותח F-32. ב-1941, לאחר שטנקי ה-T-34 החלו להצטייד בתותח ה-F-34 בקוטר 76.2 מ"מ בעל הקנה הארוך שביצועיו עלו בהרבה על ה-F-32, התקבלה החלטה להתקין את התותח גם ב-KV-1B דגם 1941, שם הוא נקרא ZiS-5. החימוש המשני כלל שלושה מקלעי DT 7.62 מ"מ, אחד מקביל לתותח, השני בתובה, והשלישי בחלקו האחורי של הצריח.
הניסיון במלחמת החורף הוכיח כי הטנקים הסובייטים חסרים כוח אש כדי להתמודד בהצלחה כנגד בונקרים וביצורים. במהלך הלחימה, מפקדה של הארמייה השביעית קיריל מרצקוב דרש מספר פעמים שיפתחו בדחיפות טנק כבד עם תותח חזק שמטרתו להשמיד ביצורים. ניסיון להתקין תותח ימי בקוטר 130 מ"מ על ה-T-100 נכשל, וכך גם ניסיונות להתקין תותח הוביצר בקוטר 152 מ"מ או 203 מ"מ על שלדה מוארכת של ה-KV. פיתוח נוסף שכן התקבל, היה להרכיב את תותח ההוביצר 152 מ"מ בתוך צריח ענק על השלדה הרגילה של ה-KV. דגם אבטיפוס הושלם לקראת סוף חודש ינואר 1940, ונשלח למבחנים.
בפברואר 1940 שני טנקי ה-KV-2 הראשונים צוותו לבריגדה המשוריינת ה-20 שנשלחה לפינלנד, שם הם שימשו לתקיפת בונקרים פינים. במהלך הקרבות, אחד הטנקים נפגע כ-48 פעמים מבלי שנחדר. בעקבות הניסיון בפינלנד, ה-KV-2 אושר לייצור. בתחילה הוא נקרא KV 'צריח גדול', אולם מאוחר יותר הוא קיבל את השם הרשמי KV-2. צוותי השריון הסובייטי כינו את הטנק בשם "Dreadnought" (סוג של אניית קרב) בגלל גודלו העצום.
אחד המאפיינים הייחודיים של ה-KV-2 היה הצללית הגבוהה שלו, שניתנה לו בזכות הצריח הענק ששקל כ-12 טון. מאחר שהוא נועד לשמש כטנק שפורץ ביצורים, הוא צויד בתותח הוביצר 152 מ"מ שירה פגזים במשקל 52 קילו שיכלו לחדור כ-72 מ"מ של פלדה עד למרחק של 1500 מטר. יתרון נוסף של ה-KV-2 היה נעוץ במיגון שלו; בחודשים הראשונים של הפלישה הגרמנית לברית המועצות, הוא היה למעשה חסין לאש ישירה מתותחי הנ"ט, למעט התותחים בעלי מהירות לוע גבוהה בטווח מאוד קרוב. למרות יתרונות אלו, ה-KV-2 סבל מלא מעט בעיות בגלל משקלו הניכר. מאחר שהוא השתמש באותו מנוע V-2 של ה-KV-1, הוא הוגבל למהירות של 25 קמ"ש על כביש, ו-12 קמ"ש בדרכים כפריות. בעיה קשה נוספת הייתה שכדי לצדד את הצריח הכבד הטנק נאלץ לעצור ולעמוד בשטח מישורי. בסך הכול נבנו כ-334 KV-2 עד שייצורם הופסק באוקטובר 1941.
המשך הפיתוח.
בתחילת 1941, המודיעין הסובייטי האמין כי הוורמאכט מפתח תותחי נ"ט חזקים יותר כתוצאה מהניסיון שלו במערכה על צרפת שנה קודם לכן. למעשה, הגרמנים עוד פיגרו בתחום הזה, ועדיין לא היה ברשותם תותח נ"ט המסוגל להשמיד את ה-KV או את ה-T-34 חזיתית. בעקבות המודיעין השגוי ודרישת הצבא האדום לטנקים כבדים יותר, צוות הפיתוח של קוטין החל לעבוד על שתי גרסאות משופרות של ה-KV-1 שנודעו כ-KV-3. הגרסה הראשונה, ה-Obiekt 222, שמרה על העיצוב הבסיסי של ה-KV-1, ומלבד השימוש בתותח ה-F-32 שהפך להיות זמין, השיפור המשמעותי ביותר היה בשינוי המערך בצריח. עד אותו זמן, בטנקים הסובייטים היו רק שני אנשי צוות בצריח, התותחן והמפקד, שתפקד גם כטען. ב-Obiekt 222 נוסף איש צוות שלישי לצריח ושימש כטען, ובכך אפשר למפקד להתרכז בתפקידו העיקרי. אבטיפוס אחד של הטנק הושלם ואושר לשירות במאי 1941, אולם פרוץ המלחמה גרם לסובייטים לזנוח את הפרויקט. הגרסה השנייה שפותחה הייתה ה-Obiekt 220, שהשתמשה בשלדה מוארכת של ה-KV-1 עם שריון עבה יותר, צריח גדול יותר, תותח יותר עוצמתי, ומנוע יותר חזק. בתחילה תוכנן להרכיב את תותח ה-85 מ"מ F-30 החדש על ה-Obiekt 220, אולם הרעיון טורפד על ידי מרשל קוליק, ראש מנהל הארטילריה הסובייטי (GAU) שהשתכנע ממידע מודיעיני מעורפל כי הגרמנים שיפרו את מיגון הטנקים שלהם, וכי תותחי ה-57 מ"מ ו-76 המ"מ אינם אפקטיביים יותר. בהחלטה שנויה במחלוקת הורה קוליק לעצור את ייצורם לטובת תותח ה-107 מ"מ ZiS-6, שנמצא בשלבי פיתוח והושלם רק ביולי 1941. ה-ZiS-6 הורכב ב-KV-2 למבחני ניסוי, אולם לא נכנס מעולם לייצור בגלל פרוץ המלחמה וההבנה שהשריון של הטנקים הגרמניים לא עבה כמו שקוליק חשב. אבטיפוס אחד או יותר של ה-Obiekt 220 הושלמו ביולי 1941 עם תותח ה-85 מ"מ F-30 כמו שתוכנן בתחילה, כשלפחות אחד מהם השתתף בהגנה על לנינגרד ב-1941. למרות שהטנק השתווה לטיגר העוצמתי (שהופיע רק שנה וחצי לאחר מכן) מבחינת ביצועים של כוח אש ושריון, גם הפרויקט הזה בוטל בגלל פרוץ המלחמה ובגלל ההעדפה של הסובייטים להתרכז בייצור סדרתי של טנקים קיימים.
מלבד שני הפרויקטים של ה-KV-3, המחלוקת שעורר קוליק הובילה גם לניסיון פיתוח של טנקים סופר-כבדים (Super Heavy Tanks) שיצוידו בתותח ה-107 מ"מ. הדרישה הייתה לשתי תוכניות: ה-KV-4 (Obiekt 224) שיהיה במשקל 92 טון ועם מיגון בעובי 130 מ"מ בחזית ו-125 מ"מ בצדדים, וה-KV-5 (Obiekt 225) שיהיה במשקל 150 טון ועם מיגון של בין 170–180 מ"מ בחזית ו-150 מ"מ בצדדים. המשימה ניתנה למספר צוותי פיתוח שונים שהגישו כ-22 הצעות שונות ל-KV-4 ול-KV-5, אולם העבודה על שני הפרויקטים מעולם לא עברה מעבר לשולחן השרטוטים ונזנחה בגלל המלחמה.
שיפור המיגון של דגמי ה-KV-1 בין השנים 1941–1942, שהוביל לעלייה במשקל ולמהירות מופחתת, החל ליצור השלכות קשות על היכולת של מערכי השריון הסובייטים להפעיל את ה-KV לצד ה-T-34 המהיר יותר. שני צעדים ננקטו כדי לפתור את הבעיה. הצעד הראשון היה להעביר את כל טנקי ה-KV לבריגדות טנקים נפרדות שתפקידם לסייע לחי"ר. הצעד השני היה לפתח דגם קל יותר ומהיר יותר של ה-KV. הדגם החדש נקרא KV-1S, כשהאות S מייצגת את המילה הרוסית "Skorostnoi", או מהירות. כחמש טונות של משקל הופחתו מהטנק באמצעות הצגתו של צריח קטן בהרבה, וזאת, יחד עם מנוע חדש ומשופר עזרו ל-KV-1S לסגור את הפער עם ה-T-34. למרות שהדגם החדש היה שיפור לעומת קודמיו, בכירים רבים בצבא האדום העדיפו לזנוח את ייצור ה-KV לחלוטין לטובת ה-T-34, בטענה שה-KV-1S היה רק מעט יותר טוב מה-T-34, אולם היה כבד יותר ויקר יותר לייצור. למרות זאת אושר ה-KV-1S לייצור ב-20 באוגוסט 1942, וכ-1,300 יחידות הושלמו עד אפריל 1943.