Проектировщики конструкторского бюро Ж. Я. Котина разработали две модели танков, получивших наименования КВ-13 и КВ-1С.
Над облегченным новым танком КВ-13 конструкторы начали работать в апреле 1942 г., надеясь добиться разумного сочетания элементов тяжелых и средних танков. Определяя защитные свойства машины, Главное бронетанковое управление включило в тактико-технические характеристики способность противостоять снарядам 88-мм немецкой пушки, которая в то время еще не стояла ни на одном немецком танке, но применялась в противотанковой артиллерии. Этот факт свидетельствует о дальновидности советских военных инженеров, умевших предвидеть пути развития техники в современной войне. Впоследствии на немецком тяжелом танке «тигр» была установлена именно такая, 88-мм танковая пушка.
Учитывая возрастающую мощь противотанковой артиллерии, лобовую броню танка КВ-13 в носовой части довели до 120 мм. Усиления броневой защиты при уменьшении общей массы танка удалось достигнуть за счет уменьшения габаритных размеров танка, применения крупных отливок и дифференцирования толщины брони по корпусу и башне. При этом носовой части корпуса придавалась обтекаемая форма, существенно отличающаяся от носовой части танка КВ. Технологическим новшеством в изготовлении корпуса была расточка всех отверстий не в собранном корпусе, а в деталях, до подачи их на сборку.
76-мм пушка устанавливалась на оригинальных цапфах с шаровыми опорами в башне и имела боекомплект 65 выстрелов. Два пулемета обеспечивались 15 запасными дисками.
Силовая установка мощностью в 600 л. с. позволяла КВ-13 развивать скорость до 55 км/ч. Новая коробка передач с подвижными зубчатыми муфтами обеспечивала девять скоростей вперед и одну назад. Одноступенчатая планетарная бортовая передача монтировалась в кронштейне ведущего колеса. Дизельный двигатель В-2К устанавливался аналогично танку КВ-1. Для его запуска использовался инерционный стартер с электромотором и ручным приводом, а также сжатый воздух.
Ходовая часть КВ-13 с пятью катками на борт, базирующаяся на торсионной подвеске, строилась по типу танка KB, но приспосабливалась для применения гусениц как KB, так и Т-34. Такая унификация на советских танках разных классов вводилась впервые.
Основные теоретические и компоновочные работы по танку КВ-13 возглавлял ведущий инженер Н. В. Цейц, оригинальный по форме корпус разрабатывали руководитель группы К. И. Кузьмин и ведущий конструктор С. В. Мицкевич, а непосредственно компоновал танк Г. Н. Москвин. За счет плотной компоновки узлов и агрегатов он предполагал добиться уменьшения габаритов и массы нового танка, сделать его значительно легче серийного КВ.