Сначала работами по КВ-13 руководил главный конструктор Челябинского Кировского завода С. Махонин, а затем — Ж. Котин. Основные теоретические и проектные работы по танку КВ-13 возглавлял ведущий инженер, один из старейших и опытных конструкторов Кировского завода Н. Цейц. Оригинальный по форме корпус разрабатывала группа конструкторов под руководством инженера К. Кузьмина и ведущего инженера С. Мицкевича, а общей компоновкой машины занимался Г. Москвин. Кроме того, в проектировании различных узлов и агрегатов КВ-13 участвовали А. Ермолаев, К. Ильин, М. Креславский, Е. Дедов, Б. Красников, Г. Рыбин, В. Торотько, Н. Синев и другие.

При разработке КВ-13 конструкторы планировались решить следующие задачи:

«Дать проект боевой машины среднего веса, соединяющей способности широкого и быстрого маневра с силой лобового удара, а также упростить производство наиболее трудоемких деталей — корпуса, башни, трансмиссии». В соответствии с поставленными задачами масса КВ-13 была определена в пределах до 30 т, скорость до 65 км/ч, а броневая защита лобовой части должна была выдерживать огонь 88-мм зенитных орудий, которые немцы активно использовали для борьбы с КВ.

Снижение массы машины с одновременным усилением броневой защиты достигалось уменьшением габаритов танка. Высоту машины, по сравнению с КВ-1, удалось снизить на 210 мм и сделать ее короче на 700 мм. За счет внедрения нового бортового редуктора КВ-13 стал уже на 250 мм. Численность экипажа сократили до четырех человек за счет исключения стрелка-радиста. Благодаря этому удалось уменьшить внутренний забронированный объем танка.

После того как отказались от стрелка-радиста, появилась возможность переднюю часть корпуса выполнить выступающей вперед и придать ей обтекаемую форму для увеличения снарядостойкости. В результате лобовую часть запроектировали литой, при этом значительно увеличили ее толщину — до 120 мм.

Для упрощения производства корпус КВ-13 был комбинированным — он должен был собираться из литых и катаных броневых деталей, а башня отливалась вместе с рамкой пушки. Конструкция корпуса в целом имела меньшее (по сравнению с КВ-1) количество деталей, что уменьшало количество подгонок, стыков, сварных швов и значительно сокращало время изготовления и упрощало производство.

Танк КВ-1 с установками КРАСТ-1 (короткая артиллерийская реактивная система танковая), вид слева. Челябинск, завод № 100, лето 1942 года. 132-мм реактивный снаряд уложен на направляющей перед контейнером (АСКМ).

Вооружение КВ-13 состояло из 76-мм пушки ЗИС-5 и спаренного пулемета ДТ.

Пушка устанавливалась на специальных цапфах с шаровыми опорами, причем ее монтаж осуществлялся через крышу башни, для чего последняя делалась съемной. Кроме того, для защиты танка с боков и сзади в случае заклинивания башни, в стенках последней имелись четыре амбразуры для стрельбы из трех пистолетов-пулеметов ППШ, которые являлись личным оружием экипажа. Вращение башни при работающем двигателе производилось электромотором, а на стоянках — ручным приводом.

Силовая установка состояла из дизельного двигателя В-2К мощностью 600 л. с., двух воздухоочистителей, вентилятора охлаждения, пластинчатого радиатора подковообразной формы, двух масляных и двух топливных баков. Следует отметить, что система охлаждения КВ-13 по конструкции была аналогична системе охлаждения опытного легкого танка Т-50, изготовленного на Кировском заводе в начале 1941 году. Для запуска двигателя использовался инерционный стартер с электромотором, пусковое устройство на сжатом воздухе и ручной привод.

На КВ-13 ставилась коробка перемены передач с подвижными зубчатыми муфтами, имевшая девять скоростей вперед и одну назад. Одноступенчатая планетарная бортовая передача монтировалась в кронштейне ведущего колеса, что позволило уменьшить ширину танка.

Ходовая часть танка КВ-13, в отличие от КВ-1 имела всего пять опорных катков. Причем предусматривалось использование гусениц двух типов: от танка Т-34 и от КВ-1 (для движения по заснеженным и заболоченным участкам). Для этой цели была необходима лишь смена венцов ведущих колес.

Следует отметить, что танк КВ-13 характеризовался полным отсутствием в его конструкции деталей из цветных металлов (кроме тех, которые использовались в двигателе В-2К).

Танк КВ-1 с установками КРАСТ-1 (короткая артиллерийская реактивная система танковая), вид сзади. Челябинск, завод № 100, лето 1942 года. Хорошо видны прямоугольные контейнеры для 132-мм снарядов на надгусеничных полках (АСКМ).

Сборку первого образца КВ-13 завершили во второй половине сентября 1942 года, и 26–27 сентября машина совершила первые пробеги, пройдя 45 км. При этом отмечалось тяжелое управление танком (усилия на рычагах составляли 60 кг, а на педали главного фрикциона 90 кг), высокая температура воды в системе охлаждения (110–115 градусов), неудобство регулировки главного фрикциона из-за затрудненного доступа к нему. Кроме того, были обнаружены и другие, более мелкие недостатки, как конструкторского, так и технологического характера. Вместе с тем, машина оказалось довольно резвой — на гусенице Т-34 она показала максимальную скорость 57,6 км/ч, что практически соответствовало расчетной в 60 км/ ч. В ходе дальнейших испытаний танк показал скорость 62 км/ч, превысив таким образом, расчетную.

Опытный образец КВ-13 испытывался (с перерывами, причем, иногда довольно значительными) до конца 1942 года. Параллельно с испытаниями конструкторы работали над усовершенствованием машины, перерабатывая те или иные узлы и «внося изменения в слабые места танка». Пробеги в районе Челябинска выявили у КВ-13 недостаточную надежность ходовой части, силовой установки и планетарного механизма поворота, перегрев двигателя при движении на повышенных передачах, дефекты в коробке перемены передач. С учетом полученных результатов, в ноябре 1942 года завод № 100 приступил к проектированию второго варианта КВ-13, в конструкции которого предполагалось устранить все недостатки, выявленные у опытного образца машины. Так, предполагалось усилить бронирование в лобовой части корпуса до 120 мм, а на башне — до 100 мм. Проектировалась новая башня с командирской башенкой, которой не было у КВ-13, а также вносились изменения в моторно-трансмиссионную группу.

Танк КВ-1 с установками КРАСТ-1 (короткая артиллерийская реактивная система танковая), общий вид. Челябинск, завод № 100, лето 1942 года (АСКМ).

В январе 1943 года Челябинский Кировский завод и завод № 100 посетил представитель технического управления ГБТУ КА майор Пестов, который 22 января докладывал своему руководству о состоянии опытных работ. По танку КВ-13 информация была следующей:

«В первом (испытывавшемся) варианте имелись следующие основные дефекты:

1). Перегрев двигателя. Вода кипит на 6-й передаче при 1600–1800 оборотах двигателя. Масло при этом 85–90 °C.

2). Недоработана маслосистема. Вследствие наличия двух небольших маслобаков происходит переполнение одного из них и раздутие.

3). Отверстия для засоса воздуха забиваются грязью, снегом. Зимой снег тает, и вода, стекая на днище танка, примораживает тяги.

4). Плохое уплотнение днища танка.

5). Коробление дисков главного фрикциона.

6). Неудачное крепление нижних катков на подшипниках осей. Частые случаи слетания.

7). Ряд дефектов в новой 9-скоростной коробке передач.

Танк КВ-13 прошел 1250 км и сейчас стоит на ремонте.

Этот вариант имеет коробку перемены передач с танка КВ-1C с новым картером, улучшенное охлаждение двигателя, улучшенный главный фрикцион, планетарный механизм поворота (такой же, как и испытывающийся на КВ-1C) и новую башню с пушкой Ф-34 и с размещением в ней 3 человек (довольно свободно) на погоне КВ-1C. Сейчас завод изготавливает два таких танка».