Тяжелый танк ИС-1 был разработан в конструкторском бюро Челябинского Кировского завода во второй половине 1942 года под руководством Ж. Я. Котина. За основу был взят КВ-13, на базе которого изготовили два опытных варианта новой тяжелой машины ИС-1 и ИС-2. Их различие заключалось в вооружении: на ИС-1 стояла 76-мм пушка, на ИС-2–122-мм пушка-гаубица. Первые опытные образцы танков ИС имели пятикатковую ходовую часть, выполненную по типу ходовой части танка КВ-13, от которого также были заимствованы очертания корпуса и общая компоновка машины.

Первый вариант тяжелого танка ИС-1 с 85-мм пушкой Д-5Т (ИС-85 или объект 237) был разработан летом 1943 года на Челябинском Кировском заводе под руководством ведущего конструктора Н. Ф. Шашмурина. В связи с увеличением массы танка и для обеспечения дальнейшего повышения мощности вооружения пришлось усилить ходовую часть, добавив пару опорных катков, и установить более совершенный двигатель. 7 августа постановлением ГКО танк ИС-1 (или ИС-85) был принят на вооружение, и его серийное производство началось в конце октября.

Почти одновременно с ИС-1 началось производство более мощно вооруженной модели ИС-2 (объект 240). Только что созданная 122-мм танковая пушка Д-25Т (первоначально имевшая поршневой затвор) с начальной скоростью снаряда 781 м/с позволяла поражать все основные типы немецких танков на всех дистанциях боя. В опытном порядке на танке ИС устанавливались 85-мм пушка большой мощности с начальной скоростью снаряда 1050 м/с и 100-мм пушка С-34.

В октябре 1943 года под руководством Н. Ф. Шашмурина была осуществлена проработка варианта танка ИС с более мощной танковой пушкой Д-25 калибра 122 мм. После успешного завершения государственных испытаний танк был отправлен на испытательный полигон под Москвой, где из его пушки с расстояния 1500 м произведен обстрел немецкого танка Pz. Kpfw. V «Пантера». Первый же снаряд пробил лобовую броню «Пантеры» и, не утратив своей энергии, прошил все внутренности, ударил в кормовой лист корпуса, оторвал его и отбросил на несколько метров.

Под маркой ИС-2 в октябре 1943 года танк был принят в серийное производство, которое было развернуто в начале 1944 года. При массе в 44 т, незначительно превосходившей массу танка КВ-1с, новая боевая машина имела более толстую броню. Башня, лобовая деталь и подбашенная часть корпуса выполнялись литыми. Установка малогабаритных планетарных механизмов поворота (ПМП) конструкции А. И. Благонравова позволила уменьшить ширину корпуса ИС-1 на 18 см по сравнению с КВ-1с..

В 1944 году ИС-2 был модернизирован. Новый образец имел наклонную лобовую часть корпуса, вместо смотрового люка механика-водителя — щель, закрытую стеклоблоком. На кронштейне, закрепленном на подвижном погоне командирской башенки, установили крупнокалиберный зенитный пулемет. В том же году, выпустив 107 машин, производство танка ИС-1 прекратили. С этого момента в производстве остался только ИС-2. Его ходовая часть состояла из шести опорных катков с внутренней амортизацией на борт, трех поддерживающих катков, ведущего колеса заднего расположения со съемными зубчатыми венцами(цевочное зацепление)и направляющего колеса. Подвеска опорных катков — индивидуальная торсионная. В состав трансмиссии входили: многодисковый главный фрикцион сухого трения, восьмискоростная коробка передач с демультипликатором, планетарные механизмы поворота и бортовые передачи.

Вскоре на ИС-2 изменили прицельные приспособления (в частности был изъят перископический прицел ПТК-5) и расширили броневую маску пушки. С середины 1944 года ИС-2 начали выпускаться с наклонной лобовой частью корпуса без смотрового люка механика-водителя (так называемой «пробки»), но со щелью, закрытой стеклоблоком. Кроме того, был введен крупнокалиберный зенитный пулемет ДШК, который, впрочем, устанавливался не на всех танках. В таком виде ИС-2 принял участие в заключительных сражениях второй мировой войны. В середине 1945 года после выпуска 3483 танков его производство было прекращено.

Танки ИС-2 поступали на вооружение отдельных тяжелых танковых полков, которым уже при формировании присваивалось наименование «гвардейский». В начале 1945 года были сформированы несколько отдельных гвардейских тяжелых танковых бригад, включавших по три тяжелых танковых полка каждая. ИС-2 впервые был применен в Корсунь-Шевченковской операции, а затем участвовал во всех операциях завершающего периода Великой Отечественной войны.

Последним танком, созданным в период Великой Отечественной войны, стал тяжелый ИС-3 (объект 703). Он был разработан в 1944–1945 годах на опытном заводе № 100 в Челябинске под руководством ведущего конструктора М. Ф. Балжи. Серийное производство началось в мае 1945 года, в течение которого было выпущено 1170 боевых машин.

Корпус танка сваривался из катаных броневых листов. Лобовые листы корпуса устанавливались с двойным наклоном под большим углом к вертикали. Механик-водитель размещался впереди но оси машины. За его сиденьем, в днище, находился запасной люк. Башня — литая, приплюснутой сферической формы. В крыше башни имелся большой овальный люк, закрываемый двумя крышками. В правой крышке закреплялся смотровой прибор заряжающего МК-4, в левой располагался командирский люк наблюдения, закрытый круглой вращающейся крышкой, в которой находился смотровой прибор командира ТПК-1.

Ходовая часть ИС-3 состояла из шести опорных катков с внутренней амортизацией на борт, трех поддерживающих катков, ведущего колеса заднего расположения со съемными зубчатыми венцами (цевочное зацепление) и направляющего колеса. Подвеска опорных катков — индивидуальная торсионная. В состав трансмиссии входили: многодисковый главный фрикцион сухого трения, восьмискоростная коробка передач с демультипликатором, планетарные механизмы поворота и бортовые передачи.

Механизм поворота башни — планетарный, с ручным и электрическим бесступенчатым приводами. Электропривод был оборудован системой командирского управления. Командир мог, удерживая цель в поле зрения своего смотрового прибора, нажать на кнопку, установленную на приборе, и повернуть башню в заданном направлении по кратчайшему пути. При совпадении линии визирования с осью канала ствола башня останавливалась.

При разработке проекта танка ИС-3 были учтены выводы комиссии, которая исследовала во фронтовых условиях боевые повреждения, полученные танками в ходе Курской битвы. Обращало на себя внимание массовое поражение лобовых элементов корпуса и башни. Поэтому было принято решение проработать на базе танка ИС-2 новую конструкцию башни и корпуса для придания им обтекаемой формы и резко дифференцировать броневую защиту. По башне эту работу осуществлял конструктор Крученых, а по корпусу — конструктор Малинин. При этом следует отметить, что прототип танка ИС-3 имел прямой наклонный лобовой лист, как и средний танк Т-34. В результате конструкторских работ наклон сваренных листов, особенно в передней части корпуса, был доведен до максимально возможного. Толстые 120-мм плиты лобовой брони располагались так, что образовывалась трехскатная, конусообразная, вытянутая вперед носовая часть, получившая название «щучий нос». Люк разместили в крыше над водителем, чего не было в танках ИС-1 и ИС-2. Отпала необходимость в сквозной смотровой щели в лобовой броне перед механиком-водителем — ее заменили перископические смотровые приборы. Новые конструктивные формы брони обеспечили лучшую противоснарядную защиту. Однако при проектировании ИС-3 был допущен целый ряд конструктивных просчетов и ошибок. Поэтому уже в 1946 году была создана комиссия по анализу дефектов этого танка, к которым относились выход из строя двигателя, коробки передач, элементов бронекорпуса в районе моторно-трансмиссионного отделения и др. С учетом этих недостатков все танки ИС-3 были подвергнуты модернизации и переделкам по программе УКН (устранение конструктивных недостатков), однако они так и не были доведены до необходимого уровня эксплуатационных требований. В середине 1946 года танк сняли с производства.

Танки ИС-3, вопреки расхожему мнению, не применялись в боевых действиях второй мировой войны, но 7 сентября 1945 года один танковый полк, на вооружении которого состояли эти боевые машины, принял участие в параде частей Красной Армии в Берлине в честь победы над Японией, и ИС-3 произвел сильное впечатление на западных союзников СССР по антигитлеровской коалиции.