15 апреля 1943 года Государственный комитет обороны (ГОКО) принял постановление №3187, в котором ставились задачи по увеличению пробивной способности буксируемых, танковых и самоходных артиллерийских систем Красной Армии для эффективной борьбы против немецкой тяжёлой бронетехники. Применительно к самоходной артиллерии этот документ обязывал создать специализированные бронированные истребители танков. Главное артиллерийское управление (ГАУ) выдвинуло достаточно высокие требования к вооружению этих САУ — их снаряды должны были перфорировать при нормальном попадании броневую плиту толщиной 90—120 мм с расстояния 500—1000 м.
5 мая 1943 года последовало другое постановление ГКО №3289сс, в котором определялись сроки постройки истребителя танков с приведёнными выше характеристиками и области ответственности главных исполнителей задания. В числе последних были:
Центральное артиллерийское конструкторское бюро (ЦАКБ), которому было поручено разработать 85-мм пушку для будущей САУ;
Завод №9 народного комиссариата вооружений (НКВ), который должен был изготовить три опытных образца конструкции ЦАКБ;
УЗТМ, которому поручалось построить ходовую часть САУ и установить на неё артиллерийскую часть.
Чтобы выдержать заданный правительством срок, конструкторское бюро УЗТМ под руководством Л. И. Горлицкого решило в качестве базы будущего истребителя танков использовать уже испытанную и получившую одобрение от военных САУ СУ-122М. В начале мая 1943 года чертежи её рубки были отосланы в ЦАКБ, которое с опозданием на 10 дней относительно утверждённого плана выдало обратно на Уралмашзавод чертежи 85-мм танковой пушки С-31 без карданной рамки, которая не могла быть установлена в СУ-122М по причине больших габаритов. Кроме того, для серийного выпуска С-31 завод №9 не имел нужного оборудования. Во избежания срыва сроков исполнения задания, КБ УЗТМ предприняло нетривиальное решение — обратилось за помощью к КБ завода №9, чтобы фактически выполнить порученную ЦАКБ работу по конструированию 85-мм пушки, подходящей для установки в боевое отделение СУ-122М.
КБ завода №9, возглавляемое Ф. Ф. Петровым с готовностью пошло навстречу Уралмашзаводу в этом вопросе и уже 20 мая 1943 года проект 85-мм пушки Д-5С-85 поступил на рассмотрение Технического управления НКВ. Эта артиллерийская система была дальнейшим развитием проекта орудия У-9, разработанного в 1941—42 годах конструкторами В. Е. Сидоренко и А. В. Усенко. ЦАКБ, в свою очередь, «ответил» проектом новой 85-мм пушки С-18, который опять более подходил для установки в танк, нежели чем в САУ. Чертежи поступили на рассмотрение 23 мая 1943 года, их задержка объяснялась переездом ЦАКБ на новое место. По сравнению с С-31 пушка С-18 имела ряд преимуществ, но также обладала и рядом существенных недостатков. Наиболее важными из них были большие габариты и перевес в 850 кг относительно «конкурента» Д-5С. Специалисты Технического управления НКВ высказались в пользу конструкции Ф. Ф. Петрова, что вызвало резкую реакцию со стороны начальника ЦАКБ В. Г. Грабина. Используя своё влияние, ему удалось настоять на изготовлении опытного образца САУ со «своей» пушкой С-18. Это было зафиксировано 7 июня 1943 года решением специальной комиссии из представителей НКВ, народного комиссариата танковой промышленности (НКТП), ГАУ и главного бронетанкового управления (ГБТУ). К сравнительным испытаниям допускались три опытных САУ, уже получивших название СУ-85, с вооружением конструкции ЦАКБ и завода №9, а также модернизированный образец СУ-122.
К 20 июля 1943 года была завершена постройка опытных самоходок, которые получили следующие обозначения:
СУ-85-I с орудием С-18 конструкции ЦАКБ в установке, разработанной УЗТМ;
СУ-85-II с орудием Д-5С-85 конструкции завода №9;
СУ-122-III со 122-мм гаубицей Д-6 конструкции завода №9;
СУ-85-IV с орудием С-18 в разработанной ЦАКБ установке.
В течение пяти последующих дней прошли заводские испытания этих САУ с 80-км пробегом для каждой машины и отстрелом их орудий (39, 129, 165 и 62 выстрела в порядке возрастания записанного римскими цифрами индекса в из обозначениях). Во время стрельб имели место поломки тормозов отката, спусковых и выбрасывающих механизмов всех тестируемых артиллерийских систем, причём изделия завода №9 оказались несколько более надёжными. 25 июля на Гороховецком артиллерийском полигоне последовали государственные испытания новых САУ, по итогам которых предпочтение было отдано СУ-85-II как наиболее удобной на марше, стрельбе и заряжании орудия. У 85-мм пушек конструкции ЦАКБ были отмечены такие недостатки, как больши́ие габариты и масса, значительные усилия на маховиках наводки орудия в обеих плоскостях. Кроме того, сильно выступающая бронировка орудия у СУ-85-IV сильно ограничивала обзор с места механика-водителя.
По результатам испытаний констатировался тот факт, что все орудия нуждаются в доработке. Однако из-за острой надобности Красной Армии в СУ-85 было принято решение о прекращении работ над пушкой С-18 и гаубицей Д-6, чтобы направить высвободившиеся резервы на доводку СУ-85-II. Последняя, как наиболее удачная в плане огневых характеристик и эксплуатационных качеств, рекомендовалась к принятию на вооружение, которое последовало во второй половине августа 1943 года, когда УЗТМ уже начал их серийное производство.