1943年2月1日，被苏军包围在斯大林格勒的第六集团军主力，在其司令保卢斯陆军元帅率领下向苏军投降；而前一天保卢斯刚被希特勒晋升为元帅(当他以后在战俘营过着生不如死生活的时候，他一定非常后悔没有率领和他的士兵一起战死)。二月二日，在斯大林格勒地区轰鸣了200多天的炮声终于停止了。
取得了斯大林格勒胜利的苏联军队并没有停止进攻，从高加索到顿河上游，从俄罗斯南部到乌克兰，苏军都进行了激烈的反攻。
此时，在苏德战场南翼作战的苏军，分别以瓦杜丁将军指挥的西南方面军和戈利科夫将军的沃罗涅日方面军，作为主要的突击部队。西南方面军从顿涅茨河下游发动进攻，一路扑向第聂伯河，力图夺回顿巴斯工业区，并且切断德军在高加索和乌克兰军队的联系。而沃罗涅日方面军，则按照朱可夫元帅制定的“星”计划，朝正西方向进攻。
二月八日，该方面军所属第六十集团军攻占了库尔斯克，二月九日，又攻占了别尔戈罗德。二月十六日，沃罗涅日方面军以三个集团军的兵力，击败了由德军原山地步兵第一师师长兰茨将军指挥的 “兰茨” 战役集群(包括党卫队装甲军相 “劳斯” 步兵军)，攻占乌克兰工业重镇哈尔科夫。由于哈尔科夫的失守，希特勒撤了兰茨将军的职，取而代之的是肯普夫将军。对苏军来说，哈尔科夫不仅是苏联第六大城市和诞生过T—34坦克的重要工业基地，而且还是一个曾令他们蒙羞的伤心之地。就在九个月前的一九四二年五月，苏军西南方面军向在哈尔科夫的德军发动攻击，结果却撞上了实力强大的德军“克莱斯特”集团军集群。苏军损失惨重，被寄予极大希望的苏军哈尔科夫进攻战役却变成了德意志军队的进攻战役序曲。
对于在苏德战场作战两年，从摩托化军军长升到陆军元帅的曼施坦因来说，所面临的情况是从来没有过的艰难：他指挥的南方集团军群的防线(由顿河集团军群组建)，在上面提到的两个苏军方面军的猛攻下支离破碎，整个战区摇摇欲坠。就在苏军占领哈尔科夫的同时，苏军已经逼近了曼施坦因的司令部——位于第聂伯河大河弯处的重镇扎波罗热。
希特勒为哈尔科夫的失守向曼施坦因大发雷霞，他命令曼施坦因立刻收复哈尔科夫。可是曼施坦因拒绝了希特勒的计划，提出了更为大胆的方案；暂时不去理会哈尔科夫的沃罗涅日方面军，而集中兵力吃掉冒迸的苏军西南方面军(即城外正在逼近的苏军)。然后回过头去，击溃哈尔科夫方向自的苏军，并重新夺占该域。
这个大胆的作战方安，不管对希特勒还是苏军来说，都来得有些突然，最终希特勒同意了曼施坦因的计划。二月十九日，希特勒向南方集团军群的部队宣布了反攻决定，并且宣称，在这个离德军边界一千多公里的地方，将决定德军现在和未来的命运(事实证明，希特勒的确很有战略眼光)。因此，希特勒要求部下，在反攻战斗中要“勇敢、沉着、忠于取守”。 二月二十一日，苏军西南方面军占领了曼施坦因的司令部扎波罗热。虽然该地的失守，有使德意志军队整个战线被割裂的危险。但曼施坦因成竹在胸；他的反击作战行动已经开始，而这支苏军苏军正好落入了他的圈套中。
作战计划：首先，德意志第4装甲集团军将以党卫装甲军的兵力从克拉斯诺格勒进攻西南方面军苏军第六集团军右翼，然后以第四十八、五十七装甲军攻打巴浦诺格勒，切断红军退路。同时，德意志第一集团军以装甲第四十集团军和党卫队“维京师”、步兵第333师共四个师的兵力，袭击西南方面军快速兵团的波波夫集群。进攻成功后，德军第四装甲集团军将掉头北上，和“肯普夫”战役集群一道重兵吃掉恰尔科夫西南地域的沃罗涅日面军左翼集团，重新夺回哈尔科夫。 为了增强兵力，德意志人不仅竭力的补充弹药、物资，还从西线调来72个师作为预备队。其申第一六七师部属在波尔塔瓦，第十五师部属在第聂伯罗彼得罗夫斯克。按照命令，这两个师必须在二月二十日至二十二日到达指定地点。
在哈尔科夫战役中，作为突击团的德军第四装甲集团军当时一共拥有3个军：即国防军第五十七、四十八装甲军和原属“兰茨”战役集群的党卫军装甲军。其中拥有党卫队“希特勒”师、“德军”师、“骷髅”师的党卫队装甲军实力最为强大。
尽管这三个师名义上是装甲掷弹兵师，却和装甲师一样编有坦克团，而且还拥有普通装甲师所不敢奢望的“虎”式重型坦克连。在哈尔科夫反击中，另一个拥有“虎”式重型坦克连的部队是德意志国防军“大日耳曼师”摩托化步兵师。 四三年二月十九日，德国的“虎”式重型坦克开始转动沉重的装甲炮塔，快速运转的履带，在冰雪覆盖的大地上留下一道道深深的痕迹，在威力巨大的八十八毫米坦克炮指向的地方，将是一场恶战。这天，德军党卫队装甲军的“德军”装甲步兵师和“骷髅”装甲步兵师，对苏军西南方面军第六集团军薄弱的侧翼发动了出其不意的猛烈打击。德国空军第四航空队的俯冲轰炸机，对缺乏空中支援的苏军阵地狂轰滥炸，而德军的装甲集群则在“虎”式坦克的引导下发动凶猛地冲击。
在双方的坦克战中，曾经在苏德战场上称雄一时的T-34坦克遭到了惨重的损失。苏军的这种坦克所装备的76毫米坦克炮根本无法打穿“虎”式坦克102毫米厚的正面装甲，甚至对德军用于增强防护的IV号坦克的正面装甲，在四百米外也几乎无可奈何。而德国的“虎”式坦克的88毫米坦克炮、IV号坦克的长身75毫米火炮却可以在一千和五百米的距离上，轻易击毁T-34。至于苏军标准的45毫米反坦克炮更是拿德军的坦克毫无办法。
坦克质量上的绝对优势加上战术上的出色运用，德军取得了一边倒的胜利，他们强大的装甲部队很快就在苏军第六集团军的阵地上打开了一个三十多公里的缺口，顺着这个缺口，德国党卫队“德军”师击溃了苏军近卫军第四军，且高速向南推进了100多公里。二月二十二日，德国第四装甲集团军所属的另外两个军——第48、57装甲军，也发动了进攻。很快他们就和党卫队装甲军回合于巴浦洛格勒，并切断了苏军第六集团军的交通线。紧接着，德军第40装甲军又向已经没有了油料的红军波波夫集群发出了致命的一击。
经过一番激战，德军对苏军西南方面军的反击战中，击溃了其第六集团军、第一近卫团军和波波夫集团编成内的八个军、十个步兵师和五个特种旅。但在另一方面，由于兵力不足和严寒的天气，德军并没有对苏军构成绝对的优势，未能形成一个很严密的包围圈，行动大都被限制在各个村庄之间。 遭到如此重创后，苏军西南方面军在德军钢铁洪流面前，只能选择于二月二十七日起快速向后撤退。到了三月三日，他们己经退过了北顿涅茨河，河上结的薄冰方便了红军的通行。但是如此一来，在哈尔科夫地域作战的红军沃罗涅日方面军却处在德军装甲部队的侧翼威胁之下了。
对于德军突然进攻西南方面军的行动，最初不管是苏军的最高统帅部，还是在西南方面军侧翼的沃罗涅日方面军，都没有作出充分的重视。他们仍然顽固的相信，德军的反击，不过是为了给从地聂伯河撤退做掩护。直到西南方面军被德军赶到北顿涅茨河后，沃罗涅日方面军才发现自己的处境十分的危险：此时刚刚打垮了西南方面军的德军第四装甲集团军正在北上，准备和“肯普夫”战役集群一同夹击自己。沃罗涅日方面军左翼的三个集团军(第三坦克集团军，第四十、六十九集团军)，将受到德军十四个师的进攻(包括四个装甲师、三个党卫队装甲步兵师、一个摩托化步兵师、三个步兵师)。而沃罗涅日方面军此时这个方向能使用的坦克大约只有七十辆，德军的坦克不少于三百五十辆，且此时里沃罗涅日方面军最近的供应基地也远在二百公里之外。面对这样的情况，戈利科夫将军在三月三日急忙下令，全线将进攻转为全线防守。 三月四日，德军第四装甲集团军向沃罗涅日方面军坦克第三集团军发起了猛攻，但这次进攻并不顺利。虽然在强大的德军面前，苏军付出巨大的损失(各坦克旅仅剩六辆坦克、各摩托化步兵营仅剩十六至二十人)，但是苏军拼死的抵抗，使得德军在两天内只推进了六至八公里。三月六日，曼施坦因下令：将突破口改到苏军第六十九集团军和坦克第三集团军的结合部；同时将隶属“肯普茨”战役集结群的“劳斯”军投入战斗。在后面的战斗中隶属“劳斯”军的“大日耳曼”师，凭借“虎”式坦克发挥了很大作用。该师在三月七日到二十日的战斗中，摧毁了苏军二百六十九辆坦克，自身只损失了“虎”式坦克一辆，Ⅳ号坦克十二辆，Ⅲ号坦克一辆。
在投了如此强大的兵力之后，三月十日，德军终于在苏军的防线上打开了60多公里宽的大口子。兵力匮乏，没有战略预备队的沃罗涅日方面军，这时已经拿不出部队来堵住这个缺口了。为了援救沃罗涅日方面军，斯大林下令抽调近卫军第二军、坦克第十八和最高统帅部坦克第三军前往增援。但是远水救不了近火，三月十一日，德国第四装甲集团军的部队己经逼近了哈尔科夫。此时，希特勒本人也再次来到南方集团军群司令部给前线部队打气。当天，第四装甲集团军所属的党卫队装甲军为了拿下哈尔科夫，作为献给希特勒的礼物，在步兵第三二零师的配合下，不顾重大伤亡从哈尔科夫北面进行迂回，切断了苏军的退路；装甲第四十八军则从东面对哈尔科夫进行攻击。在别尔戈罗德方向，己经没有了炮弹的苏军第四十集团军此时正在承受着德国“劳斯”军的猛攻。 三月十二日，党卫队部队攻入哈尔科夫，并与苏军发生了激烈的巷战。两天后，包围了苏军坦克第三集团军，苏军统帅部只能命令第二航空集团军利用夜航飞机对该集团军进行补给。
仗打到这个份上，德国拿下哈尔科夫已成定局。三月十五日，守卫该城的苏军第十七、十九步兵旅和第一七九坦克旅放弃了无谓的抵抗，向东突围。三月十六日，党卫队装甲军重新进驻哈尔科夫。 在哈尔科夫失守之后，红军第三集团军于三月十七日凌晨突围。在损失了大量兵员，丢弃了众多装备后，这支疲惫不堪的苏军部队终于撒到北顿涅茨河左岸，并被就地编入了西南方面军。第二天，德国“大日尔曼”摩托化步兵师攻占别尔戈罗德。对曼施坦因来说，目前最大的目标就是趁着苏军的溃退，而解冻、季节还没有开始之际，尽可能多的从苏军手里多抢占一些地盘。此后一直到三月二十二日，苏军沃罗涅日方面军一直都在德国的追击下向后溃退。
但到了三月二十三日，由于德国兵力的不足，加上冰雪开始融化，道路泥泞不堪，且苏军新增援上来的3个集团军(第一坦克集团军、第二十一、六十四集团军)己经开到。德国不得不停止追击。而退过了北顿涅茨河的苏军沃罗涅日方面军则沿着河岸，在库尔斯克南部的奥博扬地区建立了阵地(这里就是后来的库尔斯克突出部的正南面)。
此时，在经历了几个月的厮杀后，互有胜负的苏德两军终于在哈尔科夫之战中消耗完了体力，彼此都己经无法再组织起大规模进攻。于是沿着整个东部战线，精疲力竭的苏德两军都转入了防御。在双方完成休整和补充之前，苏德战场将进入一个短暂的“休战期”。夺回了哈尔科夫的德国，在忙着论功行赏：曼施坦因得到了橡树叶骑士十字勋章，“希侍勒”师师长迪特里希的骑士十字勋章上加上了双剑饰。希特勒，还打算从表现出色的“希特勒”师中抽调一些团、连级军官，去组成新的党卫队第一装甲军和党卫队第十二“希特勒青年团”装甲师，而“德军”师也受命抽调部分军官去组建党卫队第三装甲军。
与此相反的是，在苏军方面，斯大林正忙着进行人事调整：打了败仗的戈利科夫上将被解除了沃罗涅日方面军司令员的职务，取而代之的是同样打了败仗的苏军西南方面军司令员瓦杜丁将军。 根据德国公布的数据，从四三年二月底到三月，他们一共打死了四万零一百三十名苏军，俘虏了一万二千四百三十人。击毁的红军技术兵器，包括567辆坦克，1072门火炮。
根据俄罗斯于1993年发表的资料，苏军到三月二十五日哈尔科夫战役最终结束，苏军各参战部队一共死亡、失踪和被俘了十万零六百九十四人，受伤和患病139366人，损失坦克和自行火炮1345辆，各种口径的火炮、迫击炮5291门，飞机417架。其中在和德国第四装甲集团军的交战中损失的兵力大约为：死亡、失踪、被俘约三万人，损失坦克和自行火炮约二百辆。
但从一些零星的资料上来看，德国的损失也很严重。在技术兵器方面，党卫队装甲军在战斗结束时，该军可以使的坦克不到总数的百分之四十，其中仅仅“德军”师就损失了七十七辆坦克和强击火炮。“大日耳曼”摩托化步兵师在四三年二月底，有坦克九十五辆，到了三月二十三，该师只剩下Ⅲ号坦克七辆，Ⅳ号坦克三十九辆，喷火坦克九辆另外损失了全部(九辆)“虎”式坦克，坦克总数下降为22辆。
1940年1月，T-34中型坦克的第一辆原型车完成，而早在1939年12月19日，它就已经被苏联政府认可为为陆军制式中型坦克。在随后的测试中，T-34的优越性能被一一证实。1940年3月，在科什金亲自领导下，2辆T-34坦克在哈尔科夫和莫斯科之间完成了一次往返长途行军测试。在长途行军中，T-34坦克的机械系统表现出很高的可靠性。
T-34系列坦克的批量生产在1940年6月开始，到年底共有115辆T-34中型坦克下线。1940年6月，苏联政府决定在国内其他几家大型坦克生产企业也建立T-34坦克生产线，同时开工，以使陆军部队能尽早的装备这种优秀的坦克。决议做出后，KB-520设计局立即将大量技术图纸和文件送达斯大林格勒拖拉机厂(Stalingrad Tractor Plant)和索尔莫沃造船厂(Sormovo Shipbuilding Plant)。
T-34坦克的量产是183厂的设计师和工人们长达三年的努力工作的尾声，就在黎明的曙光已经展现的时候，因为积劳成疾，米哈依尔·I·科什金于1940年9月26日与世长辞。科什金的早逝是苏联坦克设计界的重大损失，他的学生和挚友亚历山大·A·莫洛佐夫接任了KB-520坦克设计局总工程师的职务。
1940年底，尽管T-34坦克的许多必要的最后细节的修订工作尚未完成，KB-520设计局就已经铺开了T-34坦克的改进设计工作。改进重点集中在炮塔和车体的装甲防护方面；用扭杆悬挂系统代替了原来的弹簧和带有内部减震器的负重轮；增加了燃油携带量、备弹数量等。改进型T-34坦克被命名为T-34M。T-34M坦克的设计图纸和技术文件很快便准备齐全，随时可以送达工厂制造原型车，日丹诺夫冶金工厂(Zhdanov Metallurgical Plant)甚至已经为T-34M坦克原型车制造出了5套装甲钢板，并将其交付给了183工厂。但在1941年初，T-34M坦克的制造工作实际上已经完全停顿下来，原因是各坦克制造厂的生产任务太沉重，T-34坦克的大批量生产使得生产线上没有T-34M坦克的空间。
1941年，KB-520设计局的规模扩大到了106人，分为12个设计小组，由总工程师亚历山大·A·莫洛佐夫和他的两位副手N·A·库切连科和A·V·科列斯尼科夫领导。
1941年9月12日，由于前线战事吃紧，整个苏联的欧洲部分都面临着德军的威胁。根据苏联政府的第667/SGKO号决议，183厂领导尤·E·马克萨列夫发布命令：逐步降低产量，将工厂和设备尽最大可能分批疏散到内地。183工厂在命令发布后的一周，1941年9月19日进行了第一次疏散，目的地是下塔吉尔斯维尔德洛夫斯克地区的乌拉尔汽车厂。这次疏散带走了KB-520坦克设计局的几乎所有设计师、技术文件、设计图纸和绝大多数有用的设备。撤退到下塔吉尔的183工厂与当地的乌拉尔汽车厂合并成立了新的183乌拉尔斯基坦克工厂。在这个工厂里，原183工厂在战前采用的部门编号方式被保留下来，KB-520坦克设计局的名称不变，总工程师仍然是亚历山大·A·莫洛佐夫。
1941年12月，183乌拉尔斯基坦克工厂生产的第一辆T-34坦克下线，来年4月，工厂的坦克产量已经超过了战前的水平。
战时的物资紧缺以及许多生产原材料、零部件的工厂被破坏或是落入德军手中，使得坦克生产变的十分困难。橡胶短缺、钢材短缺、电气设备短缺，除了德国人的威胁，几乎什么都缺。为了维持工厂的正常生产，为红军输送更多的T-34坦克，KB-520设计局尽了最大的努力节省每一吨橡胶、钢材、装甲钢、电线和一切珍贵的生产物资。T-34坦克的几乎所有部件都被做了修改以适应这种战时的艰苦环境。设计师们用铸铁件代替了铜部件、用焊接代替了铆钉。这些努力的结果是坦克零部件减少了765个，生产程序被极大简化，生产速度加快、成本降低。这对T-34坦克在战时条件的大规模生产做出了巨大贡献。简化设计使红军可以得到源源不断的T-34坦克，在一定程度上挽救了危机中的战局。
尽管在T-34坦克的生产和改进上还有很多工作要做，但在1942年下半年，在亚历山大·A·莫洛佐夫的坚持下，设计局开始了对下一代新型坦克的先期概念研究，新项目被命名为T-43。这个项目建立在183工厂早在疏散前就已进入实用化阶段的T-34M坦克设计方案上。设
计局设想的T-43项目应该具备如下特征：5档变速箱；安装在主炮塔上方的车长指挥塔；车体外形简洁便于焊接工艺的大规模使用；增加燃料携带量；扭杆悬挂等。坦克的设计进展之迅速即使以当时的标准来看也相当惊人，到1943年第三季度前，第一辆T-43坦克原型车就已经完成。但T-43坦克再也没有在原型车基础上向前迈进一步，根本性的原因还是在于T-43坦克的性能与T-34相比并没有重大的进步，虽然它在设计上做了很多改变。 1942年底，KB-520设计局在开发T-43坦克(实际就是T-34坦克的全面升级版)的同时，还同步进行了另一种全新坦克的概念研究。按照设想，该型坦克将有3种不同的变型车，分别安装122毫米、100毫米和85毫米炮。除了武器装备外，这种新型坦克(后来被命名为T-44坦克)与T-34坦克的不同之处还包括：采用新的发动机布置方式，缩小动力舱的体积；炮塔座圈位置后移，缩短车身长度；车身高度降低了30厘米；增强了车体前方装甲防护——增加车体前倾斜装甲板厚度、将驾驶员舱口从车体前装甲移至车体顶部；采用扭杆悬挂系统；取消了无线电操作手/机枪手编制，改用3人乘员组以增加坦克携弹量。
T-44坦克的设计工作在1943年底完成。第一辆原型车在1944年上半年完成。测试清楚的表明，由于许多结构上的原因，T-44坦克根本无法容纳122毫米或100毫米的大口径坦克炮。因此，进一步的研制工作被迫停止。
整个1943年，KB-520设计局真正取得了实质性结果的是T-34/85坦克的设计定型。1943年，德国陆军得到了全新的坦克——虎式和豹式。它们都拥有的更厚的装甲，足以抵御T-34坦克的76毫米火炮。苏联迫切需要能应对虎和豹的新型坦克。KB-520设计局的工程师们立刻投入到日以继夜的工作中，德军新式坦克在战场上的技术优势像鞭子一样在后面抽打着他们。国防委员会也对新坦克的研制给予了足够的关注和帮助，研制任务在很短的时间里不断进展并最终获得了成功。1943年年底，新的大威力85毫米炮被安装到T-34坦克上，这使T-34坦克几乎拥有和德国新型坦克相同的火力。车长指挥塔也出现在主炮塔上，在相当大程度上改善了坦克乘员组的目视观测能力。这种改进后的坦克被命名为T-34/85坦克，1943年12月15日正式被苏军采用。1944年3月，第一辆T-34/85原型车在乌拉尔斯基坦克工厂下线。
第二次世界大战的战火在1944年里仍然在世界各地燃烧，但苏德前线的局势已经发生明显的改观。183乌拉尔斯基坦克工厂除了继续大批量生产T-34/85坦克外，还继续测试他们的T-44坦克，T-44坦克安装上T-34/85的85毫米坦克炮进行进一步的评估和修正，测试工作在年底完成，一种全新的中型坦克宣告诞生。1945年6月，T-44坦克的量产在第75工厂(苏联政府决定在收复的哈尔科夫原183工厂基础上建立T-44坦克生产线，为了与下塔吉尔地区的183乌拉尔斯基坦克厂相区别，重建的工厂被命名为75工厂)全面铺开。第一批T-44坦克在1945年8月被装船运往远东，参加对日作战。
战争末期，KB-520设计局的工程师们在协助生产T-34/85和T-44坦克的同时，开始研究更先进的坦克，在新型坦克的研制过程中，设计师们详细研究了苏军在二战中所获得的经验和教训。设计工作主要集中在以下几个方面：增强坦克火力；提高装甲防护水平；使坦克具备较强涉水能力。
1945年第一季度，2辆新坦克样车完成，被命名为T-54中型坦克，测试工作在同年进行。到1946年初，设计局完成了最后的细节修定工作，解决了在试制和测试过程中暴露出的问题。坦克的主要武器是1门100毫米坦克炮、1挺12.7毫米高射机枪、3挺7.62毫米并列机枪和1挺7.62毫米同轴机枪。铸造炮塔前装甲厚190毫米，车体前倾斜装甲板厚100毫米。加强火力和装甲防护导致车重上升，为了不影响坦克机动性，T-54坦克安装了一台大马力柴油发动机(V-54)。
1947年，T-54坦克在183乌拉尔斯基坦克厂投入量产，1948年在哈尔科夫75工厂也开始量产T-54坦克。
在4年战争岁月里，亚历山大·A·莫洛佐夫领导的KB-520坦克设计局成功疏散到下塔吉尔地区，不仅保存了对苏联至关重要的坦克生产实力，还研制出一系列优秀的坦克——T-34/85、T-44和T-54，并为下塔吉尔地区建立起了一个规模庞大的坦克生产和研制中心。