Появление в конце 1942 — начале 1943 года нового немецкого тяжёлого танка «Тигр» в одно мгновение сделало советский тяжёлый танк КВ-1 и его «скоростную» модификацию КВ-1с устаревшими. Непробиваемая немецкими танковыми и противотанковыми пушками в 1941 и начале 1942 года броня танка КВ не представляла для пушки «Тигра» особой трудности, а 76-мм пушка ЗиС-5, установленная на КВ, могла пробить только бортовую и кормовую броню «Тигра» с дистанций, не превышающих 200 м. В этих условиях были форсированы работы по разработке нового тяжёлого танка ИС для Красной Армии и образцов артиллерийского вооружения, способных пробить броню «Тигра». По результатам обстрела трофейного «Тигра» было выяснено, что на дистанции до 1000 м его лобовая броня пробивается снарядами 85-мм зенитной пушки образца 1939 года (52-К). Поэтому 5 мая 1943 года на заседании Государственного Комитета Обороны (ГКО) было принято постановление № 3289 «Об усилении артиллерийского вооружения танков и самоходных установок». В нём перед танковыми и артиллерийскими конструкторами ставились задачи о разработке танковых и самоходных 85-мм пушек с зенитной баллистикой. Эти орудия предполагалось устанавливать в штатную башню танка КВ-1с и на новый тяжёлый танк ИС.

За выполнение этого задания были ответственными Центральное Артиллерийское Конструкторское Бюро (ЦАКБ) под руководством Василия Гавриловича Грабина и Конструкторское Бюро артиллерийского завода № 9 под руководством Фёдора Фёдоровича Петрова. Каждый из этих коллективов старался провести свою конструкцию на вооружение, и их главы не раз посылали письма в вышестоящие инстанции с обвинениями в адрес «конкурентов» и ответами на них по тем или иным техническим или организационным вопросам. Тем не менее, к 14 июня 1943 года оба коллектива представили для монтажа в опытные танки свои орудия. ЦАКБ разработал 85-мм пушку С-31 на базе серийной 76-мм танковой пушки ЗиС-5 путём наложения на её люльку 85-мм ствольной группы. КБ завода № 9 использовало свой проект самоходной 85-мм пушки Д-5С, затвор и подъёмный механизм к которой были взяты от серийной 76-мм танковой пушки Ф-34.

К 20 июля 1943 года опытный завод № 100 собрал два опытных танка КВ, вооружённых этими орудиями. Первым из них был «Объект 238», иногда называемый КВ-85Г. Эта машина полностью соответствовала техническому заданию — у танка КВ-1с со штатной башней на погоне 1535 мм заменили 76-мм пушку ЗиС-5 на 85-мм орудие С-31 конструкции ЦАКБ. Вторым опытным танком был «Объект 239» или КВ-85, построенный в инициативном порядке конструкторами ЧКЗ и завода № 100 под руководством Жозефа Яковлевича Котина. Поскольку в наличии имелась лишняя башня от нового танка ИС (корпус для неё ещё не был готов), то её установили на шасси КВ-1с, увеличив диаметр нижнего погона на крыше боевого отделения со штатного 1535 мм до 1800 мм. Эта операция была весьма технически сложной, так как диаметр погона вообще превышал ширину крыши боевого отделения. Решение нашли в расширении подбашенной коробки за счёт приваривания цилиндрических броневых вставок под выступающие части погона. Поскольку второй пушки С-31 для вооружения «Объекта 239» не было, то его оснастили 85-мм пушкой Д-5Т конструкции КБ завода № 9. Вместе с двумя прототипами танка ИС КВ-85 принял участие в заводских испытаниях, в которых КВ-85Г не участвовал — всем было ясно, что последний их не пройдёт из-за крайней тесноты боевого отделения. Всего КВ-85 прошёл на испытаниях 284,5 км, средняя скорость движения составила 16,4 км/ч. Ввиду большой необходимости Красной Армии в новых танках эти испытания зачитывались как государственные и, не дожидаясь их конца, ГКО 8 августа принял постановление № 3891 о принятии на вооружение КВ-85 и начале серийного производства этих танков на ЧКЗ. Спустя несколько дней первые серийные КВ-85 уже покинули сборочные линии ЧКЗ.

Пушка Д-5Т также показала своё преимущество над С-31 на испытаниях с 21 по 24 августа на Гороховецком артиллерийском полигоне. В этих испытаниях участвовали все четыре опытные машины — два прототипа ИС, КВ-85 и КВ-85Г. Д-5Т меньше вибрировала после выстрела, не имела громоздких уравновешивающих грузов, обладала меньшими габаритами, прочностью и лёгкостью в обслуживании. Однако платой за это стало использование в её конструкции многих мелких деталей с высокими требованиями к их допускам и механической обработке. Как следствие, Д-5Т производилась небольшими сериями. Первоначально пушка Д-5Т устанавливалась на танки Т-34-85 постройки только завода № 112 «Красное Сормово». Однако в башне танка Т-34-85 она занимала много места, затрудняя работу заряжающего, не позволяла разместить в башне дополнительного 3-го члена экипажа, была дороже, чем пушка С-53, что не позволило впоследствии устанавливать её на все новые средние танки Т-34-85, для которых пришлось разработать более технологичную и компактную 85-мм пушку С-53, а впоследствии её доработанный вариант ЗиС-С-53 с идентичной баллистикой.