Как только в конце 1943 года появился на вооружении тяжелый танк ИС-1, на его базе решили создать полностью бронированную самоходную установку. Поначалу это встретило некоторые трудности: ведь ИС-1 имел корпус заметно уже, чем КВ-1с, на базе которого в 1943 году была создана тяжелая самоходная установка СУ-152 со 152-мм гаубицей-пушкой. Однако усилия конструкторов Челябинского Кировского завода и артиллеристов под руководством Ф. Ф. Петрова увенчались успехом. Уже до конца 1943 года было выпущено 35 самоходок, вооруженных 152-мм гаубицей-пушкой.

ИСУ-152 отличалась мощными броневой защитой и артиллерийской системой, хорошими ходовыми качествами. Наличие панорамного и телескопического прицелов позволяло вести огонь как прямой наводкой, так и с закрытых огневых позиций. Простота устройства и эксплуатации способствовали быстрому освоению ее экипажами, что в военное время имело исключительно важное значение. Эта машина, вооруженная 152-мм пушкой-гаубицей, серийно выпускалась с конца 1943 года. Ее масса равнялась 46 т, толщина брони — 90 мм, экипаж состоял из 5 человек. Дизель мощностью 520 л. с. разгонял машину до 40 км/ч.

В дальнейшем на базе шасси самоходки ИСУ-152 были разработаны еще несколько тяжелых САУ, на которых устанавливали пушки большой мощности калибров 122 и 130 мм. Масса ИСУ-130 составляла 47 т, толщина брони — 90 мм, экипаж состоял из 4 человек. Дизельный двигатель мощностью 520 л. с. обеспечивал скорость 40 км/ч. Установленная на самоходке 130-мм пушка представляла собой модификацию морского орудия, приспособленную для монтажа в боевой рубке машины. Для уменьшения загазованности боевого отделения она снабжалась системой продувки ствола сжатым воздухом из пяти баллонов. ИСУ-130 прошла фронтовые испытания, но на вооружение не была принята.

Тяжелая самоходная артиллерийская установка ИСУ-122 была вооружена 122-мм полевой пушкой образца 1937 года, приспособленной для установки в СУ. А когда конструкторский коллектив, возглавляемый Ф. Ф. Петровым, создал 122-мм танковую пушку образца 1944 года, ее также установили на ИСУ-122. Машина с новым орудием называлась ИСУ-122С. Пушка образца 1937 года имела поршневой затвор, а образца 1944 года — клиновый полуавтоматический. Кроме того, она оснащалась дульным тормозом. Все это позволило увеличить скорострельность с 2,2 до 3 выстрелов в минуту. Бронебойный снаряд обеих систем весил 25 кг и имел начальную скорость 800 м/с. Боекомплект состоял из выстрелов раздельного заряжания.

Несколько отличались углы вертикального наведения орудий: на ИСУ-122 они составляли от -4° до +15°, а на ИСУ-122С — от -2° до +20°, Углы горизонтальной наводки были одинаковы — по 11° в каждую сторону. Боевая масса ИСУ-122 составляла 46 т.

Самоходная установка ИСУ-152 на базе танка ИС-2 ничем, кроме артсистемы, не отличалась от ИСУ-122. На ней была установлена 152-мм гаубица-пушка образца 1937 года с поршневым затвором, скорострельность которой составляла 2,3 выстрела в минуту.

Экипаж ИСУ-122, как и ИСУ-152, состоял из командира, наводчика, заряжающего, замкового и механика-водителя. Боевая рубка шестигранной формы полностью защищена броней. Орудие, крепившееся на станке (на ИСУ-122С в маске), смещено к правому борту. В боевом отделении, кроме вооружения и боеприпасов, находились топливные и масляные баки. Водитель сидел спереди слева от пушки и имел свои приборы наблюдения. Командирская башенка отсутствовала. Командир вел наблюдение через перископ в крыше рубки.

Тяжелые советские самоходные артиллерийские установки сыграли огромную роль в достижении победы. Они отлично себя зарекомендовали во время уличных боев в Берлине и при штурме мощных фортификационных сооружений Кенигсберга.

В 50-х годах самоходные установки ИСУ, сохранившиеся на вооружении Советской Армии, прошли, как и танки ИС-2, модернизацию. Всего же советской промышленностью было выпущено более 2400 ИСУ-122 и более 2800 ИСУ-152.

В 1945 году на базе танка ИС-3 был спроектирован еще один образец тяжелой САУ, получивший то же название, что и машина, разработанная в 1943 году — ИСУ-152. Особенностью этой машины являлось то, что общему лобовому листу придавался рациональный угол наклона, а нижние бортовые листы корпуса имели обратные углы наклона. Отделения боевое и управления совмещались. Механик располагался в боевой рубке и вел наблюдение через перископический смотровой прибор. Специально созданная для этой машины система целеуказания связывала командира с наводчиком и механиком-водителем. Однако при многих преимуществах большой угол наклона стенок рубки, значительная величина отката ствола пушки-гаубицы и совмещение отделений существенно затрудняли работу экипажа. Поэтому ИСУ-152 образца 1945 года на вооружение не была принята. Машина была изготовлена в единственном экземпляре.