На втором опытном образце Т-60 (060) вместо ДШК установили скорострельную 20-мм пушку ШВАК-танковая с длиной ствола 82,4 калибра, созданную в рекордно короткий срок в ОКБ-15 совместно с ОКБ-16 на основе крыльевого и турельного вариантов авиапушки ШВАК-20. Доработка пушки, в том числе и по результатам фронтового применения, продолжалась параллельно с развитием ее производства. Поэтому официально ее приняли на вооружение только 1 декабря, а 1 января 1942 года она получила обозначение ТНШ-1 (танковая Нудельмана-Шпитального) или ТНШ-20, как ее стали называть позже. Для удобства наведения пушка размещалась в башне со значительным смещением от ее оси вправо, что заставило вводить поправки в показания телескопического прицела ТМФП-1. Табличная дальность прямого выстрела достигала 2500 м, прицельная — 7000 м, темп стрельбы — до 750 выстр./мин, масса секундного залпа бронебойными снарядами — 1,208 кг. При определенных навыках можно было вести и одиночную стрельбу. Пушка имела ленточное питание емкостью 754 снаряда (13 коробок). Выброс стреляных гильз из башни наружу осуществлялся через трубку газоотвода под бронировку ствола, а звеньев лент — по направляющей на днище танка, при этом они рассыпались и практически не могли заклинить системы управления. В состав боекомплекта входили осколочно-трассирующие и осколочно-зажигательные снаряды и бронебойно-зажигательные снаряды с карбидо-вольфрамовым сердечником и высокой начальной скоростью V>o=815 м/с, что позволяло эффективно поражать легко- и среднебронированные цели, а также пулеметные точки, противотанковые пушки и живую силу врага. Введение впоследствии подкалиберного бронебойно-зажигательного снаряда повысило бронепробиваемость до 35 мм. Как следствие, Т-60 мог бороться на малых дистанциях с немецкими средними танками Pz.III и Pz.IV ранних вариантов при стрельбе в борт, а на дистанциях до 1000 м — с бронетранспортерами и легкими САУ.
Слева от пушки в одной спаренной с ней установке размещался пулемет ДТ с боекомплектом 1008 патронов (16 дисков, позднее 15). Сохранялась возможность легкого снятия пулемета и использования его экипажем вне танка с надетыми сошками и плечевым упором. В боевой практике такая ситуация встречалась нередко. В принципе в случае острой необходимости можно было снимать и пушку, по массе (68 кг) мало отличавшуюся от распространенного станкового пулемета «максим», но жесткое закрепление ее для стрельбы вне башни было затруднительным и поэтому не практиковалось.
Танк Т-60 из состава 30-й гвардейской танковой бригады поддерживает пехоту. Ленинградский фронт, август 1943 года.
Разведгруппа, состоящая из двух танков Т-60 и трофейного Pz.III, готовится к выполнению боевого задания. Витебское направление, 1944 год.
Легкий танк Т-70 поздних выпусков. 1942 год.
По вооружению и подвижности танк Т-60 в целом соответствовал немецкому Pz.II, широко применявшемуся в начале войны, и появившемуся позже разведывательному танку Luchs, несколько превосходя их по бронезащите, запасу хода и проходимости по слабым грунтам. Его броня была уже не только противопульной, она обеспечивала на дистанции до 500 м защиту от снарядов легких пехотных 75-мм орудий, 7,92-мм и 14,5-мм противотанковых ружей, 20-мм танковых и зенитных, а также 37-мм противотанковых пушек, распространенных в 1941–1942 годах в вермахте.
Между тем 15 сентября 1941 года московский завод № 37 выпустил первый серийный Т-60, однако ввиду последовавшей вскоре эвакуации производство было остановлено уже 26 октября. Всего в Москве сделали 245 танков Т-60. Вместо предполагавшегося вначале Ташкента завод эвакуировали в Свердловск: на территории заводов «Металлист», вагоноремонтного им. Воеводина и филиала Уралмаша — всего на три промплощадки, куда оборудование прибывало с 28 октября по 6 ноября. Вместе с частью эвакуированного туда завода «КИМ» был образован новый танковый завод № 37 (главный конструктор Г.С. Суренян, затем Н.А. Попов). Собранные на нем с 15 декабря 1941 года, в основном из деталей, привезенных из Москвы, первые 20 танков Т-30 и Т-60 прошли 1 января 1942 года по улицам Свердловска. За первый квартал 1942 года произвели уже 512 машин. Всего же до сентября 1942 года на Урале было выпущено 1144 Т-60, после чего завод № 37, недолго выпуская и танк Т-70, прекратил самостоятельное танкостроение, перейдя на производство узлов и агрегатов к танку Т-34, а также боеприпасов.