Впервые на параде в Москве новые танки были показаны 7 ноября 1946 года.
Танк ИС-3 находился в серийном производстве до середины 1946 года (в 1945 году какое-то время вместе с ИС-2). Всего было выпущено 2311 танков. Стоимость одной машины в ценах тех лет составляла 350 000 рублей. ИС-3 поступали на вооружение тяжелых танкосамоходных полков Советской Армии.
Однако уже в самом начале их эксплуатации в войсках выявился целый ряд недостатков, ставших следствием ряда конструктивных просчетов и ошибок, допущенных при его проектировании. Поэтому уже в 1946 году создали комиссию по анализу дефектов ИС-3, к которым относились выход из строя двигателя, коробки передач, элементов бронекорпуса в районе моторно-трансмиссионного отделения и др. В 1948—1952 годах все танки ИС-3 были подвергнуты модернизации и переделкам по программе УКН (устранение конструктивных недостатков). Были усилены кронштейны крепления двигателя, изменено крепление КП, усилен подбашенный лист, усовершенствована конструкция главного фрикциона, улучшены уплотнения бортовых передач и опорных катков. Вместо ручного маслоподкачивающего насоса установлен электрический. Радиостанция 10-РК заменена на 10-РТ. Масса танка при этом возросла до 48,8 т.
Несмотря на значительный объем переделок и высокую стоимость работ, программа УКН для одного танка стоила 260 000 рублей —танки так и не были доведены до необходимого уровня требований эксплуатации.
В конце 50-х годов танк подвергся дополнительной модернизации и стал именоваться ИС-ЗМ. Целью модернизации было подтягивание его до уровня боевых машин того периода и максимально возможная унификация узлов и агрегатов с более современными танками.
При модернизации в конструкцию танка были внесены следующие изменения и дополнения:
— увеличена жесткость корпуса путем введения планок в кормовой лист и раскосов в днище, в днище под КП вырезано отверстие и закрыто крышкой, приваренной внакладку, для увеличения зазора между КП и днищем;
— пулемет ДШ К заменен на модернизированный ДШ КМ, а пулемет ДТ — наДТМ;
— уплотнен вращающийся колпак командирского люка;
— установлен прибор ночного видения ТВН-2 механика-водителя;
— вместо В-11-ИС-З установлен двигатель В-54К-ИС максимальной мощностью 520 л.с. при 2000 об./мин. Воздухоочистители типа «Мультициклон» заменены на ВТИ-2 с двумя степенями очистки и эжекционным удалением пыли из первой ступени. В системе смазки смонтирован новый масляный бак с теплообменником и пеногасителем. В систему охлаждения встроен подогреватель НИКС-1 с электроприводом; на корме предусмотрено крепление двух 200-литровых бочек с топливом;