Już po rozpoczęciu produkcji armaty ZiS-3 powstały dalsze kolejne zunifikowane z nią konstrukcje ZiS-5 dla czołgu KW i ZiS-15 dla małych jednostek rzecznych.
22 lipca 1941 roku testy działa ZiS-3 obejrzał osobiście marszałek G. Kulik, ale nie zaakceptował masowej produkcji działa. Prawdopodobnie w listopadzie 1941 roku, mimo oficjalnego zakazu, Grabin zdołał uruchomić ograniczoną produkcję dział w Fabryce Nr 92. Rozpoczęcie masowej produkcji hamowano, obawiając się opóźnień dostaw dział USW. Pod koniec 1941 roku testowe egzemplarze dział zostały wysłane na front. W styczniu 1942 roku zaprezentowano je na Kremlu. Tam podjęto decyzję o próbach państwowych, które trwały od 15 stycznia do 5 lutego. Po oficjalnym wprowadzeniu ZiS-a do uzbrojenia 12 lutego 1942 roku, jego produkcję uruchomiono również w Fabryce Nr 235 i Fabryce Nr 7.
W czasie produkcji dokonywano pewnych uproszczeń technologicznych działa, w związku z czym można wyróżnić trzy wersje ZiS-a: