В особую проблему вылился и вопрос вооружения нового танка. Согласно постановлению № 443 от 19 декабря 1939 года, "тридцатьчетверку" предполагалось вооружать 76-мм танковой пушкой Ф-32, разработанной в ОКБ завода № 92 под руководством В.Г.Грабина. Постановлением Комитета обороны № 45 от 26 января 1940 года пушка Ф-32 была принята на вооружение РККА и Кировскому заводу предписывалось организовать ее серийное производство в 1940 году взамен 76-мм пушки Л-11, выпуск которой прекратили в 1939 году. В первом полугодии 1940-го ЛКЗ предписывалось выпустить установочную партию из 30 пушек Ф-32, а с 1 августа развернуть их массовое производство. Однако Кировский завод всячески противился постановке на производство "чужой" артсистемы, продолжая проталкивать свою Л-11. В этом вопросе дирекции удалось заручиться даже поддержкой В.А.Малышева. Впрочем, это не помогло — сравнительные испытания обеих пушек, проведенные в мае 1940 года, выявили, что Ф-32 имеет целый ряд преимуществ перед Л-11, поэтому, по откорректированным в августе 1940 года планам, Кировский завод должен был до конца года изготовить 130 пушек Ф-32, но сумел выпустить только 50 таких артсистем, которые с января 1941 года начали устанавливать в тяжелые танки КВ.

Танк Т-34 с 76-мм пушкой Ф-34 во время испытаний на Гороховецком полигоне. Ноябрь 1940 года

Танк Т-34 довоенного выпуска в экспозиции танкового музея на Абердинском полигоне в США. Эта машина была захвачена у немцев в 1945 году

Таким образом, в 1940 году единственной 76-мм пушкой, пригодной для установки в танк Т-34, была Л-11. Несмотря на то, что их производство уже было завершено и поступали они в Харьков не с завода-изготовителя, а с артиллерийского склада, орудий все равно не хватало. Дело было в том, что помимо Т-34 пушка Л-11 устанавливалась в тяжелый танк КВ, а также на ряд опытных образцов бронетанковой техники. Всего "тридцатьчетверок" с этим орудием было выпущено 453 единицы.

Начиная с лета 1940 года в ОКБ завода № 92 началась разработка 76-мм пушки Ф-34. Она предназначалась для вооружения танков А-41 и А-43. Для обеспечения проектирования по просьбе директора завода № 183 Ю.Е.Максарева из Горького прислали макет пушки, отличавшийся от боевого образца отсутствием нарезной трубы ствола. Тем временем программа заводских испытаний Ф-34 подошла к концу, и 21 октября орудие предъявили приемочной комиссии НКО. Правда, предъявили без башни А-41, а установленным в танке БТ-7А. В итоге, никаких решений комиссия не приняла, но высказала мнение о целесообразности установки Ф-34 в башне серийного танка Т-34 без увеличения диаметра погона. Следует заметить, что по причинам производственного характера ствол орудия рекомендовали укоротить до 40 калибров. Но и в таком виде Ф-34 была гораздо мощнее Ф-32 и Л-11, имевших длину ствола в 30,5 калибра.

В начале декабря 1940 года на заседании Комитета обороны было принято решение о начале серийного производства пушки Ф-34, причем постановление о принятии ее на вооружение на этом заседании не принималось. При работе над Ф-34 на заводе № 92 впервые в полном объеме был опробован так называемый "скоростной метод", упоминаемый в воспоминаниях В.Г.Грабина, позволивший начать производство орудий через 13 дней после принятия решения о их серийном выпуске. В феврале 1941 года завод № 92 отгрузил в Харьков 82 пушки Ф-34, а с марта вышел на запланированную мощность. Постановление же о принятии пушки на вооружение было принято только в июле 1941 года.