В 1938 году цилиндрическая башня была заменена конической, в том же году начали устанавливать на танк телескопический прицел ТОС со стабилизацией линии прицеливания в вертикальной плоскости. Всего было выпущено более 11 000 танков этого типа. При непрерывном совершенствовании танков БТ и Т-26 советское танкостроение выпускало танки и собственной конструкции.
В 1933-1934 годах были созданы и запущены в серийное производство средний танк Т-28 и тяжелый танк Т-35. На их внешнем виде еще сказывалось влияние 16-тонных танков "Индепендент" фирмы Виккерс, но в принципе это были уже оригинальные машины с отечественным вооружением, двигателем и другими механизмами.
Создание так называемых "малых" танков также началось с лицензионного производства английской танкетки фирмы "Карден-Ллойд" (советское обозначение Т-27). Затем был налажен выпуск плавающих танков Т-37, Т-38 и Т-40 с броней толщиной около 10 мм. Различие между Т-37 и Т-38 заключалось в основном в конструкции отдельных механизмов. Каждый из них был вооружен одним 7,62-мм пулеметом. Танк Т-40 имел более мощный двигатель и 12,7-мм крупнокалиберный пулемет. Всего промышленностью было выпущено 2 627 танков Т-37 и 1 382 танка Т-38. Опыт боёв в Испании, у озера Хасан и на реке Халхин-Гол показал, что общепринятое противопульное бронирование танков уже не отвечает требованиям времени.
В 1937 году на повестку дня встал вопрос создания танков с противоснарядным бронированием.
Конструкции таких танков разрабатывались танковыми КБ Ленинградского Кировского завода и Харьковского паровозостроительного завода. После испытания опытных образцов танков с противоснарядным бронированием (А-20, А-32, СМК, Т-100 и КВ-1) в декабре 1939 года на вооружение были приняты тяжелый танк КВ-1 и средний танк Т-34 (Т-34 не имел опытного образца). Эти танки явились качественно новой ступенью в развитии советской и мировой танковой техники. В них оптимально сочетались огневая мощь, бронирование и подвижность. Впервые на серийных танках устанавливались дизельные двигатели, обладавшие бесспорным преимуществом перед карбюраторными. Важным достоинством новых танков было то, что их конструкции отвечали требованиям крупносерийного производства и позволяли осуществлять ремонт в полевых условиях.
С весны 1940 года танковая промышленность СССР начала перестраиваться на выпуск новых танков. Накануне нападения фашистской Германии на СССР в РККА насчитывалось 636-ть танков КВ-1 и 1 225-ть танков Т-34. Всего на 22 июня 1941 года в войсках имелось 23 140 танков всех типов. К этому числу следует добавить примерно 4 300 бронеавтомобилей, значительную долю среди которых составляли БА-6 и БА-10, по вооружению и бронированию не уступавшие легким танкам. Широкомасштабное производство бронетанковой техники позволяло руководству РККА формировать соединения танковых войск, способные решать все задачи в рамках глубокой наступательной операции. На разных этапах строительства танковых войск это были механизированные бригады, механизированные корпуса или моторизованные дивизии.
В июне 1940 года, исходя из опыта войны в Западной Европе, было решено восстановить расформированные в 1939 году механизированные корпуса (мехкорпус) как средство решительного маневра и достижения победы.
В состав мехкорпуса новой организации входили две танковые и одна моторизованная дивизии, мотоциклетный полк, отдельные батальоны - связи и инженерный, а также авиационная эскадрилья. По штату военного времени корпусу полагалось иметь 36 000 человек личного состава, 1 031-н танк, в том числе 546-ть новых танков КВ и Т-34, 358-мь орудий и минометов, 268-мь бронемашин. Всего формировалось 29-ть мехкорпусов и 2-е отдельные танковые дивизии. Танковая дивизия состояла из двух танковых, мотострелкового и артиллерийского полков, а также подразделений обеспечения и обслуживания. Ее штатная численность составляла 11 343 человека, на вооружении состояло 375-ть танков, 60-т различных орудий и минометов, а также другая техника. Моторизованная дивизия в составе двух мотострелковых, одного танкового и артиллерийского полков и подразделений обеспечения и обслуживания должна была насчитывать 11 650 человек, 275-ть танков и около 100-а орудий и минометов.
В ходе Великой Отечественной войны в связи с большими потерями бронетанковой техники в РККА был осуществлен переход от крупных соединений (корпуса, дивизии) к более мелким - бригадам, и частям (полкам и батальонам). Организация и вооружение танковой бригады в ходе войны неоднократно менялись, и лишь в ноябре 1943 года были утверждены штаты, которые просуществовали до конца войны. Согласно им бригада состояла из трех батальонов танков Т-34, мотострелкового батальона и подразделений обеспечения и обслуживания. В бригаде числилось 1 354-ре человека личного состава и 65-ть танков Т-34.
С весны 1942 года начали создаваться танковые корпуса в составе трех танковых и мотострелковой бригад, разведывательного батальона, дивизионов зенитной и реактивной артиллерии и подразделений обеспечения. В сентябре 1942 года начали формироваться механизированные корпуса, которые отличались от танковых наличием большего количества мотопехоты. В мае - августе 1942 года создаются первые четыре танковые армии, в которые первоначально, кроме танковых корпусов, входили и стрелковые соединения.
С весны 1943 года в состав танковых армий входят только подвижные соединения - 2-а танковых и 1-н механизированный корпуса.
В ходе войны бронетанковая техника непрерывно совершенствовалась. Огромное значение в повышении боевой эффективности танка Т-34 имела установка на нем в 1943 году 85-мм пушки, разработанной под руководством В.Г. Грабина. Развитие тяжелых танков ознаменовалось созданием танков КВ-85, ИС-2 и ИС-3, равных которым не было ни в одной армии мира. Были созданы самоходно-артиллерийские установки (САУ), которых перед войной в РККА фактически не было. Всего за годы Великой Отечественной войны советская танковая промышленность изготовила около 97 700 танков и самоходно-артиллерийских установок.
В конце второй мировой войны в танковых войсках РККА насчитывалось 6-ть танковых армий, 14-ть отдельных танковых и 7-мь механизированных корпусов. На их вооружении находилось более 35 300 танков и самоходно-артиллерийских установок. Понесённые в ходе войны РККА потери оцениваются в 63 229 танков и самоходно-артиллерийских установок. В конце 70-х годов XX века на вооружении вооружённых сил СССР состояло 68 000 танков.
Крещение огнем немецкие танки получили в Испании. Всего в Гражданской войне на Пиренейском полуострове приняли участие 102 линейные и 4 командирские "единички". В Испании Pz. I довелось столкнуться с танками советского производства БТ-5 и Т-26, вооруженными 45-мм пушками. Пулеметы немецких танков могли пробить броню этих своих противников бронебойными пулями только на дистанциях менее 150 м. На большем расстоянии "единичкам" оставалось только постараться уклониться от снарядов вражеских танков энергичным маневрированием, поскорее найти укрытие или просто спастись бегством. Для того чтобы дать подразделениям Pz. I возможность бороться с пушечными танками республиканцев, каждой их роте были приданы по 5 противотанковых орудий. В 1938 г. в обоих имеющихся у франкистов танковых батальонах 3-ротного состава одна из рот была укомплектована трофейными танками советского производства, оснащенными пушками.
Впервые тактика "блицкрига" была продемонстрирована на деле во время нападения Германии на Польшу в сентябре 1939 г. В канун этого события на вооружении Вермахта состояли 3472 танка: 1445 Pz. I, 1223 Pz. II, 202 Pz.35 (t), 78 Pz.38 (t), 98 Pz. III, 211 Pz. IV и 215 командирских танков. Немцы бросили на поляков все имеющиеся у них тогда боеспособные танковые соединения и части: 7 танковых дивизий, 2 из которых даже не были еще полностью сформированы, 4 легкие дивизии, а также отдельный танковый полк и отдельный танковый батальон. В их составе числились 2690 танков, из них 973 Pz. I, 1127 Pz. II, 112 Pz.35 (t), 55 Pz.38 (t), 87 Pz. III, 198 Pz. IV и 138 командирских танков.
Бои завершились быстрой и убедительной победой Германии, но немецкая техника показала себя не столь блестяще, как немецкая тактика и оперативное искусство. Все танки Вермахта первоначально имели только противопульное бронирование. Их главной защитой на поле боя предполагались скорость и маневр, но этого оказалось явно недостаточно. За месяц боев было потеряно 819 немецких танков, из них 236 безвозвратно.
Польские противотанковые ружья оказались гораздо более опасным противником для танков, чем представлялось до войны. Это заставило немцев наладить производство собственных противотанковых ружей в Германии и усилить броневую защиту своих танков. "Единички" не имели резервов веса для дополнительного бронирования, поэтому их начали понемногу переделывать в транспортеры боеприпасов и самоходные орудия. На лоб "двоек" и штурмовых орудий устанавливались дополнительные 20-мм броневые плиты. А броню находящихся в производстве "троек" и "четверок" немцы утолстили до 30 мм еще раньше.
На 1 мая 1940 г. в германской армии имелось 3465 танков. Это число складывалось из 1077 Pz. I, 1092 Pz. II, 143 Pz.35 (t), 238 Pz.38 (t), 381 Pz. III, 290 Pz. IV и 244 командирских танков. Для кампании на Западе, начатой 10 мая 1940 г., Германия в составе 10 танковых дивизий сосредоточила 2582 танка, включая 554 Pz. I, 920 Pz. II, 118 Pz.35 (t), 207 Pz.38 (t), 349 Pz. III, 280 Pz. IV и 154 командирских танка.
Боевые действия продолжались 6 недель, и победа обошлась немцам недешево. Только безвозвратно были потеряны 839 танков - почти треть от всего количества задействованных в сражениях. Еще 11 пришлось списать после боев в Норвегии. Там воевали 54 немецких танка в составе 40-го отдельного танкового батальона, в который входили 29 Pz. I, 18 Pz. II, 3 Neubau-Pz. Ppfw. IV и 4 командирских танка. Кроме того, 5 танков погибли на транспортном судне, потопленном на пути в Норвегию.