На опытном заводе № 100 прототип пушки Д-25 был установлен на бывший «Объект 237» — опытный вариант ИС-1. Эта экспериментальная машина получила обозначение «Объект 240». В октябре — ноябре на Чебаркульском полигоне проходили её испытания пробегом и стрельбой. Изначально Д-25 была оснащена Т-образным дульным тормозом, который разорвался при тестовых стрельбах. В некоторых источниках утверждается, что при этом чуть не был убит маршал Ворошилов, присутствовавший на испытаниях. Впоследствии на ИС установили двухкамерный дульный тормоз немецкого типа, а затем завод № 9 разработал свою конструкцию двухкамерного дульного тормоза, которая и стала устанавливаться на серийных машинах.

После успешных испытаний «Объекта 240» поступило распоряжение о немедленном запуске его в серийное производство на ЧКЗ. В ноябре 1943 года началась сборка первых серийных машин. Новая модификация танка получила индекс ИС-2 (в годы войны с ним на равных использовалось обозначение ИС-122, первые образцы иногда также именовались в частях как КВ-122). Производство продолжалось с декабря 1943 года по июнь 1945-го, несколько машин этой марки также выпустил Ленинградский Кировский завод.

Боевое крещение ИС-2 приняли в начале 1944 года, причём оно было вынужденным, оборвав плановую тщательную подготовку экипажей для новой машины. Продемонстрированные в бою высокие боевые качества сразу же привели к приказу о максимальном увеличении объёмов производства ИС-2. При этом была оборвана тестовая работа, в результате чего на фронт отправилось очень много недоведённых машин, и их выходы из строя послужили причиной большого количества рекламаций из войск. Для обеспечения качества серийных ИС-2 и их совершенствования в начале 1944 года Ж. Я. Котин и ряд его сотрудников был отстранён от конструкторской работы по новым машинам с целью ликвидации дефектов в конструкции ИС-2. Доводка машины проходила тяжело: так, в апреле 1944 года военная приёмка докладывала о том, что существенного улучшения качества выпускаемых на ЧКЗ танков ИС-2 и САУ на его базе не произошло. Однако летом 1944 года проводимая работа по улучшению качества дала первые плоды — около трети выпускаемых танков удавалось сдать приёмке с первого раза, а с ноября 1944 года качество принимаемых танков официально было признано удовлетворительным — Ж. Я. Котин был возвращён на пост главы КБ ЧКЗ и опытного завода № 100. Зимой 1944—1945 гг. рапорты из войск свидетельствовали, что ИС-2 безаварийной работой перекрывают гарантийный километраж в 1000 км. Отлаженный производственный механизм по выпуску ИС-2 привёл к тому, что машины 1945 года выпуска считались довольно надёжными и нетребовательными при эксплуатации.

ИС-2 по своей сути являлся дальнейшим усовершенствованием танка ИС-1, который, в свою очередь, был глубокой модернизацией предыдущей модели тяжёлого танка КВ-1. По сравнению с ИС-1 более чем значительно было усилено вооружение, а на модификациях обр. 1944 г. со спрямлённым лобовым бронированием также была повышена защищённость от огня противника в фронтальном секторе. Как и все другие советские серийные тяжёлые и средние танки того времени, ИС-2 имел классическую компоновку. Бронекорпус от носа к корме последовательно делился на отделение управления, боевое отделение и моторно-трансмиссионное отделение. Механик-водитель размещался в отделении управления, три других члена экипажа имели рабочие места в боевом отделении, которое объединяло среднюю часть бронекорпуса и башню. Там же располагались орудие, боезапас к нему и часть топливных баков. Двигатель и трансмиссия были установлены в корме машины.[2][5]

Стремление конструкторов ЧКЗ получить максимальное бронирование при относительно умеренной массе и габаритах всего танка привело как к положительным, так и к отрицательным последствиям. Положительной стороной стала экономичность и сравнительно небольшая материалоёмкость ИС-2 в целом — при той же массе в 46 т советский танк был гораздо сильнее защищён, чем «Пантера», превосходил по этому параметру 55-тонный «Тигр I» и незначительно уступал 68-тонному «Тигру II». Минусы были логичным продолжением такого подхода — из-за плотной компоновки пришлось отказаться от люка механика-водителя и разместить часть топливных баков в боевом отделении. В результате при поражении ИС-2 существовал значительный шанс воспламенения дизельного топлива и попадания его на танкистов. У немецких танков бензобаки располагались вне обитаемых мест машины (хотя в них тоже был ряд агрегатов с пожароопасными жидкостями). Отсутствие люка механика-водителя не раз приводило к тому, что раненый танкист не мог быстро покинуть горящую машину (требовалось выбираться через башню после других членов экипажа) и погибал от пламени или удушья. К не столь значительным недостаткам можно отнести обусловленное компоновкой нахождение башни в носовой части корпуса. Вместе с длинной пушкой это затрудняло преодоление таких препятствий, как рвы и контрэскарпы. Некоторые из них можно было форсировать только развернув башню пушкой назад, то есть в условиях боя с наличием таких препятствий ИС-2 терял огневую мощь. У всех немецких тяжёлых танков башня располагалась в центре бронекорпуса, и длинный вылет стволов пушек не столь сильно затруднял преодоление препятствий.

ИС-2 имеет дифференцированную противоснарядную броневую защиту.

Броневой корпус танка (кроме лобовой детали у части машин) сваривался из катаных броневых плит толщиной 90, 60, 30 и 20 мм. Конструкция лобовой детали варьировалась от модификации машины:

ИС-2 обр. 1943 г. имели литую лобовую деталь обтекаемой «ступенчатой» формы, в различных частях её толщина варьировалась от 60 до 120 мм.

ИС-2 обр. 1944 г. для повышения снарядостойкости лобовой брони оснащался усовершенствованной «спрямлённой» конструкцией этой детали. Вместо обтекаемой ступенчатой оконечности сложной геометрической формы лоб ИС-2 обр. 1944 г. формировался двумя плоскими бронеплитами, верхняя из которых имела форму суживающейся к верху танка трапеции и наклон к нормали 60°. Часть выпущенных ИС-2 обр. 1944 года оснащались литой лобовой деталью, толщина брони которой достигала 120 мм; начиная со второй половины 1944 года по мере наличия катаной брони высокой твёрдости лобовую часть стали делать сварной из 90-мм бронеплит.

С остальными деталями лобовая часть соединялась сваркой. Обтекаемая башня представляла собой броневую отливку сложной геометрической формы, её борта толщиной 90 мм располагались под углом к вертикали для повышения снарядостойкости. Лобовая часть башни с амбразурой для орудия, образованная пересечением четырёх сфер, отливалась отдельно и сваривалась с остальными бронедеталями башни. Маска орудия представляла собой цилиндрический сегмент гнутой катаной бронеплиты и имела три отверстия — для пушки, спаренного пулемёта и прицела. Башня устанавливалась на погон диаметром 1800 мм в броневой крыше боевого отделения и фиксировалась захватами во избежание сваливания при сильном крене или опрокидывании танка. Поверхность «соприкосновения» нижнего погона башни и верхнего погона бронекорпуса была несколько утоплена в крышу боевого отделения, что исключало заклинивание башни при обстреле. Погон башни размечался в тысячных для стрельбы с закрытых позиций.

Для удобства при ремонте и обслуживании агрегатов моторно-трансмиссионной группы крыша моторно-трансмиссионного отделения была сделана съёмной, а верхняя кормовая бронеплита могла откидываться на петлях.

Механик-водитель располагался по центру в передней части бронекорпуса танка. По сравнению с танком КВ-1с плотная компоновка обитаемого пространства танка ИС не позволила разместить в нём пятого члена экипажа — стрелка-радиста. Его функции были распределены между командиром и механиком-водителем: первый работал с радиостанцией, а второй вёл неприцельный огонь из курсового пулемёта путём нажатия на гашетку электроспускового механизма на одном из рычагов управления. Сам курсовой пулемёт располагался справа от механика-водителя и жёстко крепился в специальном бронированном патрубке, который приваривался к лобовой бронедетали танка. Впоследствии, из-за низкой эффективности неприцельного огня и ослабления лобового бронирования, от курсового пулемёта и вовсе отказались. Три члена экипажа располагались в башне: слева от орудия были рабочие места наводчика и командира танка, а справа — заряжающего. Командир машины имел литую наблюдательную башенку с толщиной вертикальной брони до 82 мм. Посадка и выход экипажа производились через люки в башне: круглый двухстворчатый люк командирской башенки и круглый одностворчатый люк заряжающего. Корпус также имел днищевой люк для аварийного покидания экипажем танка и ряд люков, лючков и технологических отверстий для погрузки боекомплекта, доступа к горловинам топливных баков, другим узлам и агрегатам машины.

К броневому корпусу приваривался ряд деталей — ограничители хода балансиров и кронштейны торсионной подвески, бонки для поддерживающих катков и грязеочистителей, стопор для монтажа натяжного механизма гусеницы.