Паралельно з випробуваннями важких танків КВ-1 і КВ-2 організовувалося виробництво важких танків на серійній основі, при цьому з чималими труднощами. Не бракувало багато чого: виробничих площ, матеріалів, верстатів, людей.
Челябінський тракторний завод також був підключений до програми випуску нових важких танків. Це були КВ-1 і КВ-2. Розрахований на масове і великосерійне виробництво, Челябінський тракторний завод мав серйозну перевагу над старим Путиловским, тепер Кіровським заводом, і, коли потрібно, став випускати замість тракторів важкі пятидесятитонные танки, весившие в рази більше будь-якого трактора. Спочатку радянські люди будували цей завод, враховуючи, що його можна буде переобладнати на виробництво танків.
Як би там не було, новий тракторний завод, ніколи раніше не стикалася з / із виробництвом танків і не мав різнобічного досвіду, на відміну від Кіровського заводу, досить швидко зустрів ряд проблем. У зв’язку з цим, для надання допомоги колегам, з Ленінграда в Челябінськ прибула група конструкторів і технологів, очолювана інженерами М. Н. Іжевським і Л. А. Миркиным. З їх допомогою на Челябінському заводі налагодили виробництво спочатку окремих вузлів танка, а коли необхідний заділ деталей був готовий, зробили першу дослідну складання танка КВ.
Це сталося 31 грудня 1940 року, за півроку до нападу на нашу країну гітлерівської Німеччини. У той же час, ще до початку війни, в Челябінську стартувало будівництво спеціального корпусу для складання важких танків КВ.
Крім того, що на Ленінградському і Челябінськом заводах відкрили серійне виробництво важких танків, йшла робота по поліпшенню та модернізації поточних машин і створення нових. Саме тому, на заводах почали розробляти нову модель на базі КВ-1. Цим проектом умовно присвоїли найменування КВ-3, об’єкти 220 і 222.
У першому варіанті (об’єкт 220) в якості основного озброєння вирішили встановити гармату конструктора В. Р. Грабина. В основу цього танкового знаряддя поклали «дзвінкий», як її називали, зенітну гармату Ф-30, відрізнялася високою початковою швидкістю, з боєкомплектом 91 постріл. Установка такого потужного знаряддя зажадала зміни розмірів вежі і збільшення діаметра погона: довелося розширити подбашенную коробку і подовжити корпус танка. Природно, збільшили товщину броні. Тепер основні деталі захисту мали товщину до 100 мм Установка нового, більш важкого озброєння, зміна розмірів корпусу і башти довели масу танка до 63 т.
На новий танк поставили дизельний двигун з наддувом — В2К-Ф потужністю 650 кВт (850 к. с.), посилили коробку передач, по кожному борту додали по одному опорного катка.
Другий варіант цієї машини (об’єкт 222) відрізнявся від першого своєю масою — 51 т. Він мав 90-мм бронювання та гармату Ф-32 калібру 76 мм, теж конструктора В. Р. Грабина, з боєкомплектом 111 пострілів.
Одночасно з проектуванням об’єктів 220 і 222 проводилися проектні дослідження ще й по об’єкту 223, на ньому конструктори шукали шляхи поліпшення трансмісії та інших систем силової частини танка.
Збереглися креслення свідчать, що над корпусом, наприклад, працювали недавні проектувальники СМЯ і КВ-1 К. І. Кузьмін, Н. Ст. Халкиопов, Б. Н. Яковлєв і випускник військової академії Л. Н. Переверзєв. Над озброєнням працювали майстри своєї справи А. С. Шнейдман і Р. Я. Андандонский. Над коробкою передач працював військовий інженер В. П. Павлов.
Основні зусилля зосередили на пошуках основного озброєння, соответствовавшего призначенням важкого танка. Складність полягала в тому, що в ті часи спеціальної танкової гармати великого калібру не існувало. До важким танкам пристосовували гармати польової, а то і зенітної артилерії, великої маси і неприйнятних для танка габаритів. При наявності таких гармат часто не було можливості скомпонувати належну форму вежі. Це особливо впадає в очі, якщо подивитися на башту танка КВ-2, а також КВ-220, як часто називали досвідчений танк, об’єкт 220.
Випробування дослідних зразків нових машин показали високі характеристики вогневої мощі і захисту, особливо об’єкта 220, показав достатню для важкого танка рухливість. Він досягав швидкості 33 км/год. Цей танк і був визнаний кращим за результатами усіх випробувань. Під індексом КВ-3 його навіть взяли на озброєння. Кіровський завод готувався до перекладу серійного виробництва на цю машину, проте з ряду причин ця машина так і залишилася в дослідних зразках.