В 1955 году были созданы две опытные машины — объект 267 сп.1 со стабилизатором наведения в вертикальной плоскости и объект 267 сп.2 с двухплоскостным стабилизатором. Годом позже эти новшества были внедрены на новой модификации Т-10А (объект 730А). Пушка со стабилизатором в вертикальной плоскости ПУОТ-1 «Ураган» получила обозначение Д-25ТС. На Т-10А вместо прицела ТШ-2–27 установили перископический оптико-гироскопический прицел ТПС-1 и дублирующий телескопический прицел ТУП. Механик-водитель получил активный прибор ночного видения ТВН-1 и для ориентации гирополукомпас ГПК-48. В результате установки пушки с измененными приводами, а также для улучшения бронезащиты башню и маску орудия модернизировали. Для уменьшения загазованности боевого отделения на стволе пушки был установлен эжектор. Дополнительно ввели механизм досылания снаряда и заряда, новый подъемный механизм со сдающим звеном и гальваноударное устройство в затворе. В 1957 году была принята на вооружение новая модификация танка Т-10Б (объект 730Б). Основное ее отличие — применение уже двухплоскостного стабилизатора ПУОТ-2 «Гром» и прицела Т2С-29–14. В остальном танк был подобен Т-10А.

Вскоре последовала более серьезная модернизация. В КБ Пермского завода № 172 создали новое 122-мм орудие М-62-Т2 (2А17) с улучшенными баллистическими характеристиками.Начальная скорость бронебойного снаряда составляла 950 м/с. Пушку оборудовали двухплоскостным стабилизатором 2Э12 «Ливень» и прицелом Т2С-29–14. (В 1955 году прототип этой пушки установили на опытном объекте 264, а чуть позже на объекте 265 испытали орудие с улучшенными точностными характеристиками.) Вместо пулеметов ДШК, как на предыдущих моделях, были установлены 14,5-мм КПВТ — спаренный с орудием и зенитный. Новый танк — объект 272 — также оснастили полным комплектом ночных приборов: командирским ТКН-1Т, наводчика ТПН-1–29–14 («Луна II») и механика-водителя ТВН-2Т.

Наведение спаренного пулемета осуществлялось с помощью прицела Т2С-29, имевшего для этого специальную шкалу. Зенитный пулемет оснащался коллима-торным прицелом ВК-4, а для стрельбы по наземным целям — оптическим прицелом ПУ-1.

Боекомплект состоял из 30 выстрелов с осколочно-фугасной гранатой и бронебойно-трассирующим снарядом и 744 патронов к пулеметам КПВТ.

В двигатель В-12–6 по сравнению с В-12–5 были внесены изменения в конструкцию картера, коленчатого вала, поршней, цилиндров и т. д.. Мощность двигателя составляла 750 л. с. при 2100 об/мин.

Танк оснащался радиостанцией Р-113 и танковым переговорным устройством Р-120.

Под обозначением Т-10М он был принят на вооружение Советской Армией и запущен в серийное производство в Ленинграде в 1957 году, одновременно в Челябинске предусматривался выпуск объекта 743, который отличался в основном конструктивными изменениями в приводах управления трансмиссией, бортовых редукторах и топливной системе. Такое положение не соответствовало требованиям стандартизации и унификации вооружения и военной техники, однако танки с этими конструктивными отличиями находились в серийном производстве почти 5 лет, и только в 1962 году на обоих заводах был организован выпуск танка Т-10М на основе объекта 272.

В конструкцию Т-10М неоднократно вносились изменения. С 1959 года зенитными пулеметами, например, комплектовался только каждый пятый танк. В 60-х годах 8-ступенчатую коробку передач заменили на более простую 6-ступенчатую. С 1963 года Т-10М оборудовали системой ОПВТ, что позволяло преодолевать по дну преграды глубиной до 5 м. С 1967 года в боекомплект начали включать выстрелы с бронебойно-подкалиберными и кумулятивными снарядами.

Танки Т-10 первоначально поступали на вооружение тяжелых танкосамоходных полков. С 1947 года один такой полк входил в штат танковой и механизированной дивизии. По мере поступления в войска все большего количества танков Т-10, а затем и Т-10А, Т-10Б и Т-10М началось формирование тяжелых танковых дивизий. Каждая такая дивизия имела два полка тяжелых и один полк средних танков. В 50-х и 60-х годах в составе Группы советских войск в Германии имелось два таких соединения — 13-я и 25-я гвардейские тяжелые танковые дивизии.

«Десятки» на экспорт не поставлялись и в боевых действиях не применялись. За исключением маневров единственная крупная операция, в которой пришлось участвовать танкам Т-10М, это операция «Дунай» — ввод войск Варшавского Договора в Чехословакию в 1968 году.

В 1966 году производство Т-10М прекратили. По западным данным, было выпущено около 8000 танков Т-10 всех модификаций. Если это соответствует истине, то его можно считать самым массовым тяжелым танком в истории танкостроения.

В последующие годы, по мере поступления в войска современных боевых машин, танки Т-10, Т-10А, Т-10Б и Т-10М передавались в парки на долговременное хранение, а частично отправлялись на разделку. Формально же они были сняты с вооружения Российской Армии в 1993 году, то есть спустя 40 лет после принятия на вооружение.