Организацию серийного производства танка Т-34 возглавили его ближайшие соратники А. А. Морозов и Н. А. Кучеренко.
В июле 1940 г. из ворот сборочного цеха харьковского завода вышел первый серийный танк Т-34. Большой вклад в организацию производства внесли директор завода Ю. Е. Максарев, главный инженер С. Н. Махонин (в годы войны — видный организатор танкового производства), выпускник Академии бронетанковых войск секретарь парткома А. А. Епишев.
К 22 июня 1941 г. советская танковая промышленность выпустила 1225 средних танков Т-34.
С первых же дней Великой Отечественной войны они показали своё полное превосходство в вооружении, бронировании, проходимости и маневренности над всеми типами танков немецко-фашистской армии.
«Танк Т-34 произвёл сенсацию, — писал гитлеровский генерал- лейтенант-инженер Эрих Шнейдер.
— Этот 26-тонный русский танк был вооружён 76,2-мм пушкой (калибр 41,5), снаряды которой пробивали броню немецких танков с 1,5—2 тысяч метров, тогда как немецкие танки могли поражать русские с расстояния не более 500 м, Да и то лишь в том случае, если снаряды попадают в бортовую броню или в кормовую часть танка Т-34...» Тот же генерал с горечью констатировал: «Попытка создать танк по образцу русского Т-34 после «его тщательной проверки немецкими конструкторами оказалась неосуществимой...»
К двадцать пятой годовщине создания танка Т-34 западногерманский журнал «Зольдат унд техник» отмечал:
«Появление на восточном фронте летом 1941 года Т-34 было неожиданностью для немецких войск... От немецкого танка Т-III советский танк выгодно отличался высокой проходимостью и подвижностью. Кроме того, запас его хода был в несколько раз больше, а вооружение и броня абсолютно превосходили немецкие. 37-миллиметровая пушка танка Т-III не представляла опасности для брони Т-34, в то время как 76-миллиметровая пушка Т-34 на всех дистанциях пробивала 30-миллиметровую броню танка Т-III. Кинетическая энергия снаряда 76-миллиметровой пушки Т-34 была в 7,6 раза больше, чем пушки танка Т-III...»
Американский военный историк М. Кэйдин писал:
«Танк Т-34 был создан людьми, которые сумели увидеть поле боя середины двадцатого века лучше, чем сумел бы это сделать кто-нибудь другой на Западе...»
В ходе войны тридцатьчетвёрка с учётом фронтовых требований постоянно совершенствовалась. Так, относительно сложная в производстве сварная башня была заменена более простой для литья шестигранной. Были введены литые катки, а также новая гусеница с более развитыми траками. Для улучшения обзора со второй половины 1943 г. танки стали выпускаться с командирскими башенками. К этому времени был создан более совершенный главный фрикцион, четырёхступенчатая коробка передач заменена на пятиступенчатую, что облегчило управление танком, несколько повысило его маневренность.
За счёт разработки более эффективных воздухоочистителей и усовершенствования системы смазки удалось повысить сроки службы двигателей. Была уменьшена трудоёмкость изготовления танка. Значительно увеличить выпуск танков Т-34 удалось за счёт применения автоматической сварки, разработанной под руководством Е. О. Патона.
До лета 1943 г. советские тридцатьчетвёртки на поле боя превосходили все немецкие танки, в том числе последние модификации Т-III и Т-IV.
Однако во время Курской битвы противник впервые применил в большом количестве тяж`лые танки Т-V «пантера» и Т-VI «тигр», которые по толщине брони и начальной скорости пушек превосходили наши средние танки Т-34.
Вскоре после поражения гитлеровцев под Орлом и Белгородом на Сормовский завод приехал нарком танковой промышленности В. А. Малышев:
«Мы выиграли сражение, — говорил он руководителям предприятия. — Но какой ценой? Немалой кровью наших танкистов. Чтобы поразить броню немецких «тигров» и «пантер», мы со своей семидесятишестимиллиметровой пушкой должны были подойти к ним на пятьсот—шестьсот метров. А вражеские танки могли открывать эффективный огонь уже с тысячи — тысячи пятисот метров. У них, выходит, «рука длиннее».
Под руководством главного инженера завода Г. И. Кузьмина, начальника конструкторского бюро В. В. Крылова, руководителя группы конструкторов-корпусников В. М. Керичева развернулись работы до усилению вооружения танка.
Поздней осенью 1943 г. была разработана новая башня с расширенным погоном, рассчитанная для установки более мощной 85-мм пушки. Однако такую пушку ЗИС-С-53, разработанную в коллективе В. Г. Грабина, несмотря на все усилия сектора вооружения во главе с А. С. Окуневым, сразу разместить в башне не удалось; кроме того, при испытаниях выявились и некоторые недостатки нового орудия, которые предстояло срочно устранить. В конце концов решили поставить 85-мм пушку Д-5Т, разработанную под руководством Ф. Ф. Петрова.
В конце 1943 года были готовы первые образцы среднего танка с более мощной 85-мм пушкой, получившего наименование Т-34-85.
15 декабря 1943 г. после непродолжительных испытаний танк был пущен в серийное производство.