В области повышения огневой мощи ставилась задача значительно увеличить могущество действия снарядов по цели, вероятности обнаружения цели на поле боя и попадания снаряда в цель, улучшить маневренность огня и повысить боевую скорострельность. Одновременно требовалось уменьшить время на открытие огня, улучшить условия обитаемости экипажа в танке, обеспечить неуязвимость основного оружия от стрелково-пулеметного огня противника и вооружить танки ракетным или комбинированным (ракетно-пушечным) оружием.

Могущество действия по цели бронебойно-подкалиберного снаряда зависело от его калибра, конструкции и кинетической энергии. В результате проведения НИОКР калибр орудия среднего танка увеличился с 85 до 115 мм, а опытных тяжелых танков — со 122 до 130 мм. На средних танках впервые в мировом танкостроении был осуществлен переход от нарезных к гладкоствольным танковым пушкам. При одинаковом калибре гладкоствольные пушки по сравнению с нарезными имели более высокие показатели бронепробиваемости и дальности прямого выстрела бронебойно-подкалиберных оперенных стреловидных снарядов. Одновременно совершенствовались конструкции кумулятивных и осколочно-фугасных снарядов танковых пушек.

Для увеличения вероятностей обнаружения цели и попадания в нее снаряда были проведены работы по совершенствованию системы управления огнем и улучшению обзорности из танка. В первом послевоенном периоде были созданы танковые оптические прицелы с переменной кратностью увеличения, а также со стабилизированной в двух плоскостях линией прицеливания. К началу 1960-х гг. разработали и установили на всех находившихся в производстве танках двухплоскостные стабилизаторы основного оружия, инфракрасные приборы и прицелы ночного видения. На средних и тяжелых танках ввели систему командирского целеуказания наводчику. На легких танках необходимости в такой системе не было, так как командир танка одновременно являлся наводчиком орудия. Продолжались работы по созданию танковых оптических, радиолокационных дальномеров и прицел-дальномеров для средних и тяжелых танков.

В связи с увеличением калибра танкового орудия большое внимание уделялось вопросам маневренности огня и боевой скорострельности. Для танков создавались электромеханические, гидравлические и комбинированные силовые приводы наводки орудия. Для повышения боевой скорострельности были разработаны и установлены в танках досылатели артиллерийского выстрела различного типа, механизированные боеукладки и механизмы заряжания пушки. Одновременно велись работы по снижению загазованности боевого отделения при стрельбе путем использования эжектора⁸ или системы продувки канала ствола пушки сжатым воздухом после выстрела, установки нагнетателя для создания избыточного давления в обитаемых отделениях и применения механизма выброса стреляных гильз из танка. Применение баков-стеллажей⁹ на среди их танках Т-55 и Т-62 способствовало увеличению боекомплекта к пушке по сравнению с боекомплектом к пушке танка Т-54 соответственно на 9 и 6 выстрелов. Учитывая опыт Великой Отечественной войны, на всех серийных тяжелых танках и среднем танке Т-54 для ведения огня по воздушным целям устанавливался зенитный крупнокалиберный пулемет.

Поиски путей дальнейшего повышения огневой мощи танков привели к использованию на них управляемых ракет в качестве дополнительного оружия. Первоначально велись опытно-конструкторские работы по оснащению всех типов советских танков управляемыми ракетами с ручным наведением и расположением их снаружи башни. После проведения испытаний от такой установки ракет отказались из-за их уязвимости от осколков и огня стрелкового оружия, а также возможности пуска и наведения ракеты только при стрельбе с места. В дальнейшем от использования управляемых ракет в качестве дополнительного оружия перешли к созданию танков с управляемым и неуправляемым ракетным оружием (истребителей танков), в которых ракетное оружие было основным.

К середине 1960-х гг. в результате проведения многочисленных научно-исследовательских работ была обоснована необходимость и возможность создания основного танка с комбинированным (ракетно-пушечным) оружием и мощной броневой защитой. Таким образом, вопрос о типе основного оружия танка решился в пользу гладкоствольной пушки с возможностью пуска управляемой ракеты через ее ствол. В эти годы закладывалось превосходство советских танков второго послевоенного поколения над однотипными зарубежными танками.

В области защищенности кроме традиционных мероприятий по совершенствованию броневой защиты, проводившихся в годы Великой Отечественной войны, велись работы по обеспечению защиты танков и экипажей от поражающих факторов ядерного оружия и ПТУР, появившихся на вооружении за рубежом. Разрабатывались и внедрялись новые броневые и противорадиационные материалы, конструкции броневых преград, противокумулятивных экранов, систем постановки аэрозольных (дымовых) завес, автоматических систем ППО и ПАЗ. Проводились исследования различных схем общей компоновки танков, позволявших осуществить размещение экипажа в бронированной капсуле.

В результате проведения большого количества НИОКР в рассматриваемом периоде были созданы танки с комбинированными броневыми преградами (танки «Объект 432» и «Объект 434»), корпусом и башней из броневого сплава на основе алюминия (легкий танк «Объект 906»), противокумулятивной экранной защитой ЗЭТ-1 (опытные средние танки Т-54, Т-55 и Т-62), системой пуска дымовых гранат (танк «Объект 906»), автоматической системой ПАЗ (танки ПТ-76Б, Т-55, Т-55А, Т-62 и Т-10М), телевизионными приборами стрельбы и наблюдения, обеспечивавшими защиту органов зрения членов экипажа от прямого воздействия светового излучения ядерного взрыва. Кроме того, для уменьшения заметности танка на поле боя были разработаны механизм изменения клиренса машины и встроенное оборудование для самоокапывания. В этом же периоде были начаты работы по созданию активной и динамической защиты танков.

⁸ Эжектор танковой пушки — устройство для продувки канала ствола пушки после выстрела с отводом части пороховых газов из канала ствола в специальный резервуар (ресивер) и создания в нем давления для последующего удаления пороховых газов за счет отсасывания их через дульное отверстие пушки из боевого отделения в атмосферу.   

⁹ Бак-стеллаж — размещаемый в обитаемом отделении танка топливный бак, в котором в изолированных гнездах могут укладываться снаряды, заряды или унитарные выстрелы пушки.