Ж. Я. Котин, оставаясь главным конструктором Кировского завода, получал в свое распоряжение опытное производство, основной задачей которого являлось создание новой бронетанковой техники. Главным конструктором Опытного завода назначили А. С. Ермолаева, его заместителем — Н. М. Синева. Как заместитель наркома танковой промышленности СССР, Ж. Я. Котин координировал исследовательские и проектные работы на всех заводах своего наркомата. В ноябре 1942 г., в разгар Сталинградской битвы, он провел межзаводскую техническую конференцию по качеству танковых моторов. Открывая конференцию, Ж. Я. Котин обратил внимание на ряд важнейших задач, связанных с очисткой топлива, масла и воздуха, поступающих в двигатель.
Чтобы все ответственные агрегаты, узлы и детали надежно работали в танке, говорил Котин, необходимо добиваться изготовления их точно по чертежу, с соблюдением всех требований технологии. Все детали должны аккуратно и тщательно обрабатываться, в сборочном цехе нельзя терпеть грязь, да и квалификацию станочников поднимать нужно систематически. А то у нас все делается ради количества, а о качестве подчас забываем. Видимо, конструкторы и технологи не совсем прочувствовали, в каких условиях работает мотор на фронте.
Заместитель главного конструктора Н. М. Синев.
Для текущего обслуживания серийного танкового производства на Кировском заводе была создана специальная группа конструкторов во главе с Н. Л. Духовым. В помощь ему выделялись такие талантливые инженеры, как М. Ф. Балжи и Л. С. Троянов, которые, впрочем, не ограничивались только серийным производством, но и активно участвовали потом во многих творческих делах конструкторского коллектива челябинцев-кировцев.
Проектирование тяжелых танков в этот период предусматривало снижение массы машины, вплоть до приближения ее по весу к среднему танку. Это было обусловлено изменениями характера боевых операций — от оборонительных к высокоманевренным наступательным.
Проектировщики конструкторского бюро Ж. Я. Котина разработали две модели танков, получивших наименования КВ-13 и КВ-1С.
Над облегченным новым танком КВ-13 конструкторы начали работать в апреле 1942 г., надеясь добиться разумного сочетания элементов тяжелых и средних танков. Определяя защитные свойства машины, Главное бронетанковое управление включило в тактико-технические характеристики способность противостоять снарядам 88-мм немецкой пушки, которая в то время еще не стояла ни на одном немецком танке, но применялась в противотанковой артиллерии. Этот факт свидетельствует о дальновидности советских военных инженеров, умевших предвидеть пути развития техники в современной войне. Впоследствии на немецком тяжелом танке «тигр» была установлена именно такая, 88-мм танковая пушка.
Учитывая возрастающую мощь противотанковой артиллерии, лобовую броню танка КВ-13 в носовой части довели до 120 мм. Усиления броневой защиты при уменьшении общей массы танка удалось достигнуть за счет уменьшения габаритных размеров танка, применения крупных отливок и дифференцирования толщины брони по корпусу и башне. При этом носовой части корпуса придавалась обтекаемая форма, существенно отличающаяся от носовой части танка КВ. Технологическим новшеством в изготовлении корпуса была расточка всех отверстий не в собранном корпусе, а в деталях, до подачи их на сборку.
76-мм пушка устанавливалась на оригинальных цапфах с шаровыми опорами в башне и имела боекомплект 65 выстрелов. Два пулемета обеспечивались 15 запасными дисками.
Силовая установка мощностью в 600 л. с. позволяла КВ-13 развивать скорость до 55 км/ч. Новая коробка передач с подвижными зубчатыми муфтами обеспечивала девять скоростей вперед и одну назад. Одноступенчатая планетарная бортовая передача монтировалась в кронштейне ведущего колеса. Дизельный двигатель В-2К устанавливался аналогично танку КВ-1. Для его запуска использовался инерционный стартер с электромотором и ручным приводом, а также сжатый воздух.
Ходовая часть КВ-13 с пятью катками на борт, базирующаяся на торсионной подвеске, строилась по типу танка KB, но приспосабливалась для применения гусениц как KB, так и Т-34. Такая унификация на советских танках разных классов вводилась впервые.