Wersje KW-2 Model 1939 – KW-1 z nową wieżą, pancerz 30–75 mm i posiadający armatę czołgową 152 mm M-10. Nazywany przez Niemców KW-2A. KW-2 Model 1940 – różnił się tylko wieżą. Niemcy nazywali go KW-2B.
Służba Seryjne KW-2 zaczęły wchodzić na uzbrojenie Armii Czerwonej pod koniec 1940. Z powodu niewielkiej liczby, używane były najczęściej w dowództwach korpusów zmechanizowanych. Czołgi te spełniały rolę czołgów wsparcia, analogiczną do nieużywanych jeszcze wówczas ciężkich dział samobieżnych (w odróżnieniu od dział samobieżnych, były całkowicie opancerzone i miały obrotową wieżę).
Istniał plan uzbrojenia tych pojazdów w 107 mm armaty ZiS-6, z czego jeden z nich został w nią uzbrojony i przekazany do testów, ale ostatecznie plan ten został porzucony.
Czołgi te trapione były przez bolączki większości modeli KW, czyli niską prędkość i małą trwałość oraz awaryjność podzespołów przeniesienia napędu i zawieszenia. Zwłaszcza słabym elementem była niedopracowana skrzynia biegów. Usterki te były jeszcze bardziej dotkliwe niż w KW-1 z uwagi na większą masę czołgu. Dodatkowo, prędkość obrotu wieży i naprowadzania uzbrojenia była niewielka. Atutem czołgu było jednak potężne działo, strzelające pociskami o masie 40–52 kg, przeciwpancernymi, przeciwbetonowymi i odłamkowo-burzącymi.