Одной из первых проблем, которую следовало решить новому ведомству — это обеспечение пушками выпускаемых тяжелых танков. Как уже говорилось выше, в конце августа 1941 года прекратилась поставка 76-мм пушек Ф-32 с Кировского завода в Ленинграде на ЧТЗ. Поэтому требовалось срочно найти замену этой артсистемы. Здесь пригодились наработки артиллерийского завода № 92 в Горьком.
Испытания танка КВ-1 с установленной в башне 76-мм пушкой ЗИС-5 с длиной ствола в 50 калибров. 1941 год (ЦАМО).
Еще в июне 1940 году конструкторское бюро это предприятия под руководством В.М. Грабина получило задание на проектирование 76-мм танковой пушки для тяжелого танка. Новая артсистема, получившая обозначение Ф-27, должна была иметь баллистику 76-мм зенитной пушки образца 1931 года (начальная скорость снаряда — 813 м/с) и использовать боеприпасы последней. К началу 1941 года опытный образец, который получил новое обозначение ЗИС-5, был готов. Артсистему смонтировали в танке КВ-1, который прибыл на завод № 92 еще в начале октября 1940 года, и провели ее испытания. Однако, из-за того, что к этому времени 76-мм зенитная пушка ЗК была снята с производства, КБ завода № 92 получило задание — переработать ЗИС-5 под увеличенную баллистику (начальная скорость снаряда — 780 м/с) дивизионной пушки Ф-22 и под боеприпасы к дивизионным орудиям (выстрелы к 76-мм дивизионным орудиям и 76-мм зенитке ЗК были различные. — Прим. автора).
Параллельно с этим, в начале 1941 года на заводе № 92 по распоряжению заместителя наркома обороны СССР Маршала Советского Союза Г. Кулика в танке КВ-1 установили 76-мм пушку Ф-34 и провели ее испытания. Но из-за того, что для вооружения КВ готовилась пушка ЗИС-5 с увеличенной баллистикой, дальнейшие работы по установке Ф-34 в тяжелый танк прекратили.
Новый образец 76-мм пушки ЗИС-5 с увеличенной баллистикой дивизионки Ф-22 был готов лишь к августу 1941 года. В выводах по результатам испытаний отмечалось, что «76-мм танковая пушка ЗИС-5 в танке КВ-1 полигонные испытания выдержала». Вместе с тем, заводу № 92 рекомендовалось упрочить клин затвора, усовершенствовать клапан накатника и устранить несколько еще более мелких недостатков, после чего систему рекомендовали передать на валовое производство.
Следует сказать, что отчет по ЗИС-5 был подписан 7 сентября 1941 года — к этому времени проблема с 76-мм пушками для вооружения КВ-1 стояла уже достаточно остро. А так как других вариантов вооружения тяжелого танка на тот момент не было, выбор в пользу ЗИС-5 оказался очевидным. Правда, по предложению конструкторов завода № 92 для упрощения серийного производства этого орудия, решили использовать такую же по длине трубу ствола, как и для Ф-34 (прошедший испытания образец ЗИС-5 имел длину в 50 калибров, а Ф-34 — в 41,5).