Комиссия в составе главного конструктора завода № 92 генерал-майора В. Г. Грабина, начальника кафедры артиллерии ВАММ военного инженера 1-го ранга Н. С. Огурцова, представителя 14-й танковой дивизии лейтенанта Амелина и конструктора завода № 92 П. Ф. Муравьёва по результатам полигонно-войсковых испытаний сделала вывод, что «76-мм танковая пушка Ф-34 является вполне современной пушкой для Т-34» и в заключении предложила рекомендовать танковую пушку Ф-34 на вооружение танка Т-34.
После внесения изменений в конструкцию, в июле 1941 года орудие было принято на вооружение Красной армии под официальным наименованием 76-мм танковая пушка обр. 1940 г.
Танки этой модели (Т-34 образца 1941 г.), в основном, использовались в качестве танков командиров взводов и рот и после начала германского вторжения очень хорошо показали себя в боях, благодаря возросшей огневой мощи. Сталину стало об этом известно из репортажей военных корреспондентов с передовой. Части, сражавшиеся на передовой, требовали больше танков, оснащенных эффективной пушкой Ф-34, чем Л-11, поэтому летом 1941 года Государственный Комитет Обороны окончательно утвердил пушку Ф-34 в качестве стандартной для танка Т-34. Ф-34 имела обычную полуавтоматическую казенную часть.
Командир мог стрелять как вручную, так и с помощью педали; он отвечал за горизонтальное вращение башни вручную или с помощью электропривода. При стрельбе из Ф-34 эти снаряды пробивали броню немецких PzKpfw III и IV (толщина лобовой брони 50-мм) с почти любой дистанции.
Серийное производство Ф-34 велось на заводе № 92 по одним источникам с 1940 по 1944 год, по другим – с февраля 1941 по 1944 год. Всего было изготовлено 38580 орудий.
Ф-34 давала Т-34 такое преимущество в дальности и поражающей силе, что немцы с превеликим трудом противостояли танку Т-34. PzKpfw IV с лобовой броней толщиной 80-мм был принят на вооружение лишь весной 1943 года.
Красная Армия продолжала оставаться на лидирующих позициях – был принят на вооружение бронебойный снаряд БР-350П. Он пробивал 92-мм броню при стрельбе с дистанции 500 м – примерно на таком расстоянии ведется стрельба в танковом бою.
Однако, появление на фронте в 1943 году новых немецких танков, специально разработанных для борьбы с Т-34, кардинально изменило ситуацию. При стрельбе с обычной дистанции Ф-34 не могла пробить лобовую броню «Тигров» и "Пантер".
Во время сражения под Курском в июле 1943 года танки Т-34 были вынуждены приближаться к немецким танкам на дистанцию стрельбы прямой наводкой либо маневрировать таким образом, чтобы выйти им во фланг или в тыл.