Основное отличие танка КВ-2 заключалось в установке новой башни больших размеров. Общая высота машины достигла более трех метров.
В массивной башне устанавливалась 152-миллиметровая гаубица образца 1938/40 годов М-10Т — танковый вариант полевой гаубицы образца 1938 года М-10. Гаубица М-10Т монтировалась на цапфах в башне и была полностью уравновешена, однако башня с орудием М-10Т уравновешенной не являлась: ее центр масс не располагался на геометрической оси вращения. Как результат, штатный электромотор привода поворота башни даже при небольшом крене машины не справлялся со своей задачей.
Боекомплект орудия составлял тридцать шесть выстрелов раздельного заряжания. Выстрелы — снаряды и метательные заряды в гильзах, укладывались в башне и вдоль обоих бортов боевого отделения. По сравнению с широким ассортиментом боеприпасов 152-миллиметровой полевой гаубицы М-10 штатный боекомплект КВ-2 был ограничен только одним видом боеприпасов — осколочно-фугасной стальной гаубичной гранатой ОФ-530 массой сорок килограммов.
Масса взрывчатого вещества — тротила или амматола составляла от пяти с половиной до семи килограммов. Метательный заряд для стрельбы из танковой гаубицы получался из штатного заряда Ж-536 буксируемой гаубицы М-10, после того как вытаскивали нескольких равновесных пучков пороха. Однако на практике в обстановке хаоса лета 1941 года из-за отчаянного положения с обеспеченностью КВ-2 положенными по штату боеприпасами применялись любые виды 152-миллиметровых гаубичных снарядов, которые только удавалось найти.
Так, например, в командирском КВ-2 и его «напарнике» были загружены и бетонобойные снаряды Г-530, так и осколочные гаубичные гранаты сталистого чугуна О-530А, и зажигательные снаряды, и старые фугасные гранаты, и шрапнель. Но стрельба с полным метательным зарядом запрещалась категорически. Из-за большой отдачи и отката могло заклинить башню, а от сотрясения могли пострадать узлы и агрегаты моторно-трансмиссионной группы танка.
По последней причине стрельба дозволялась только с места, что еще больше повышало уязвимость танка в бою. Бронепробиваемость снаряда составляла 72 миллиметра стали с расстояния в полторы тысячи метров. Однако низкая скорострельность, примерно один выстрел за три минуты, делали этих бронированных гигантов уязвимыми перед многочисленными и маневренными войсками.
Кроме того, немецкие 10,5-сантиметровые гаубицы sFH.18 1918 и 88-миллиметровые зенитные пушки Flak.18 образца 1938 года с высокой начальной скоростью снаряда пробивали даже броню КВ-2, но, разумеется, не лобовую. Да и таких пушек у гитлеровцев было не так много, да и принадлежали зенитные подразделения не Вермахту, а люфтваффе…