Танк был принят на вооружение Красной Армии в 1940 году и представлял собой модификацию КВ-1, предназначенную для борьбы с долговременными огневыми точками. Опытный образец, выпущенный в феврале 1940 года, участвовал в войне с Финляндией и зарекомендовал себя с положительной стороны. В соответствии с предназначением, танк КВ-2 был вооружен весьма мощным 152-мм орудием М-10, установленным в высокой бронированной башне кругового вращения. Стрельба из этого орудия велась выстрелами раздельного заряжения, поэтому боевая скорострельность была невысока.

Кроме того, КВ-2 мог вести огонь только с места. Управление огнем осуществлялось с помощью телескопического танкового прицела Т-5 и панорамного танкового прицела ПТ-5. На всех машинах устанавливалась радиостанция 71-ТК-З. Для защиты от нападения с воздуха некоторые КВ-2 вооружались зенитным пулеметом, устанавливаемым на крыше башни. Производство было остановлено с началом Великой Отечественной войны. Всего было выпущено около 330 КВ-2.

Серииный тяжелый танк с противоснарядным бронированием КВ-2 был спроектирован в Ленинграде на Кировском заводе под руководством Ж. Я. Котина и изготовлен в феврале 1940 года. Старшим группы проектировщиков был Н. Л. Духов. Советский танк КВ-2 предназначался для прорыва сильно укрепленных оборонительных полос (разрушения стрельбой прямой наводкой дотов и дзотов), для усиления подразделений, вооруженных легкими и средними танками.

Особенностью этого тяжелого танка была установка в башне увеличенных размеров (по сравнению с КВ-1) 152-мм гаубицы М-10 образца 1938-1940 гг. В мировой практике танкостроения того времени это был уникальный случай. Для установки такой крупногабаритной системы потребовалась разработка новой башни. Башня с гаубицей М-10С для КВ получила заводское обозначение МТ-1, а сам танк - КВ с «большой башней» (обозначение КВ-2 появилось только в 1941 г.)

Испытания боевой стрельбой проводили на траншейном стенде прямо на территории завода. Никто не знал, как поведет себя танк после выстрела из орудия такого калибра. Стреляли из положения по борту, то есть наиболее опасного для опрокидывания машины. Эксперимент прошел удачно, машина не опрокинулась, а двигатель завелся с первой попытки.

Кроме гаубицы тяжелый танк КВ-2 был вооружен еще и тремя 7,62-мм танковыми пулеметами ДТ (спаренный с гаубицей; в шаровой опоре в кормовой стенке башни; в лобовом листе подбашенной коробки слева от механика-водителя). Гаубица имела по тому времени сравнительно высокие показатели. Ее бронебойный снаряд (морская граната) массой 52 кг с начальной скоростью 436 м/с пробивал броневую плиту толщиной 72-мм на дистанции 1500 м,под углом 60°. Для стрельбы по железобетонным укреплениям имелся бетонобойный снаряд массой 40 кг с начальной скоростью 530 м/с. Углы наведения гаубицы по горизонтали 360, по вертикали от -5° до +12 . Для вертикальной наводки применялся секторный механизм. Стрельба велась с использованием телескопического прицела Т-5 (ТОД-9) или перископического прицела ПТ-5 (ПТ-9). Боекомплект состоял из 36 артиллерийских выстрелов раздельного заряжания и 3087 патронов к пулеметам ДТ (49 магазинов).

В кормовой части башни располагался люк для загрузки боеприпасов, на крыше имелись люки для посадки экипажа, приборы наблюдения и вентиляторы. На боковых стенках - скобы для подъема на крышу и амбразуры для стрельбы из личного оружия, закрываемые изнутри коническими пробками. Такая же амбразура была на дверце кормовой стенки башни. Управление поворотом башни осуществлялось при помощи механического и электрического приводов.

Бронирование было изменено по сравнению с КВ-1. Оно состояло из броневых катаных листов толщиной 75-мм (лобовая часть, борта и башня), 60-мм (кормовая часть), 40-мм (днище) и 30-мм (крыша), соединяемых электросваркой. Двигатель, трансмиссия и ходовая часть, а также средства внешней и внутренней связи унифицированы с КВ-1.

При боевой массе 52 т танк кв-2 отличался неплохой для его типа профильной проходимостью, сопоставимой с КВ-1.

Экипаж состоял из шести человек: командира, механика-водителя, командира орудия (наводчика), замкового, младшего механика-водителя и стрелка-радиста. Механик-водитель и стрелок-радист размещались в передней части корпуса (отделении управления), а остальные члены экипажа - в башне (боевом отделении).

В ноябре 1940 г. в производство запустили машину с так называемой «пониженной башней». По сравнению с МТ-1 новая башня (вооружённая все той же 152-мм гаубицей и получившая обозначение МТ-2) имела меньшие габаритные размеры и была проще в изготовлении. В кормовой части башни в шаровой установке крепился 7,62-мм пулемёт ДТ. Для демонтажа орудия в задней стенке башни имелся люк, который использовали также для погрузки боеприпасов, посадки и высадки экипажа.

Была изменена маска пушки. В результате переделок удалось снизить массу на 2 т. Танк кв-2 имел стандартные наружные топливные баки, радиостанцию и систему внутренней связи для четырех членов экипажа. Часть машин получила зенитные пулеметы на турели. Стрельба из орудия велась только с места, в связи с чем машину нередко квалифицируют как «самоходное орудие с вращающейся башней».

Несколько КВ-2 в середине февраля 1940 г. проходили испытания при прорыве линии Маннергейма. С помощью артиллерийского огня ими были сделаны проходы в гранитных надолбах и разрушены с близкого расстояния доты, мешавшие продвижению стрелковых подразделений. Броня выдержала при этом сильный огонь противотанковой артиллерии противника. В частности, одна из машин получила 48 вмятин от попадания снарядов, но осталась в строю. После успешного завершения испытаний КВ-2 был принят на вооружение и находился в серийном производстве до второй половины 1941 года. С началом Великой Отечественной Войны танк был снят с производства.

В первые годы Великой отечественной войны, КВ-2 оставался практически неуязвимым для почти всех видов противотанковой артиллерии, за исключением орудий с большой начальной скоростью снаряда, стрелявших прямой наводкой с опасно малой дистанции. Единственное, что мог сделать противник - это заставить экипаж покинуть машину, выведя из строя катки или гусеницы. Из-за больших размеров и толщины брони KВ-2 и его экипажа из 6 человек танк получил прозвище «Дредноут».

Тем не менее КВ-2 дорого заплатил за свою мощную пушку и непробиваемую броню. Его подвижность на марше и в бою была серьезно ограничена из-за проблем со сцеплением, трансмиссией и размещением экипажа, которые он унаследовал от КВ-1. Ситуация усугубилась из-за возросшей массы (53,8-57,9 т в зависимости от модификации), а также из-за использования неусовершенствованного двигателя мощностью 500 л.с.

Проблемы при вращении башни, возникавшие в тех случаях, когда танк находился не на относительно плоской поверхности, сказывались на его эффектнвиости в бою. КВ-2 был страшным противником, когда находился в статичном положении, но ему не хватало мобильности и скорости, а это было жизненно важно в первый год войны на Восточном фронте.

Немцы впервые столкнулись с KB-2 23 июня во время боев в Литве. По воспоминаниям военнослужащих из 1-й танковой дивизии об этом записано так: «Наши роты открыли огонь с 700 м. Мы подходили все ближе. Скоро мы были уже в 50-100 м друг от друга. Но мы не могли добиться успеха. Советские танки продолжали наступать, и наши бронебойные снаряды просто отскакивали от их брони. Танки выдерживали стрельбу прямой наводкой из 50-мм и 75-мм пушек. в KВ-2 попало более 70 снарядов, но не один не смог пробить его броню. Несколько танков были выведены из строя, когда нам удалось попасть в гусеницы, а затем расстрелять с небольшого расстояния из пушек. Затем их атаковали саперы с ранцевыми зарядами».

Из воспоминаний офицера 8-го мехкорпуса Г. Пенежко: «Из-за леса показалось несколько КВ. Один из танков остановился на холме. Орудие в гигантской башне оказалось развернуто в нашу сторону. Раздался гром выстрела. Там, где секунду назад находился немецкий танк, теперь валялась искорёженная груда брони. Медленно башня развернулась направо. Танк занялся очередным фашистом. Выстрел, взрыв, башню немецкого танка сорвало с погона, а корпус разошёлся по швам».

Большая часть потерь советских танков КВ-2 в 1941 году была вызвана отсутствием или дефицитом горючего, из-за чего их приходилось просто бросать. 41-я танковая дивизия лишилась двух третей из своих 33 КВ-2, при этом лишь пять из них были потеряны в бою.