鉴于坦克作战时间通常不长,设计师们在斯大林-2坦克上延续了来自T-34坦克的设计经验:放宽零部件的公差范围,力求简洁、坚固。

基于这一理念,斯大林-2坦克的产量得以最大化,且便于维护,不会使现有的生产厂因产能需求而负担过重。

斯大林-2坦克的车组成员比KV-1坦克减少1人,但碍于设计师们对驾乘舒适性关注不足,其内部空间仍显局促。斯大林-2坦克的前舱室中只有驾驶员一人,无线电台和车首机枪分别由车长和驾驶员操作。为保证首上装甲的完整和优良的防弹外形,车体前部只开有驾驶员观察窗,车首机枪则固定在车体右前部。该机枪采用电击发装置,只能提供沿车体轴线方向的前向压制火力。

斯大林-2坦克仅在炮塔上开有2个舱口,因此驾驶员往往处于非常危险的境地,遇险时必须尽快由前舱室转移至战斗室。斯大林-2坦克的其余车组成员均安置在战斗室中:炮长和车长位于炮尾左侧,装填手兼并列机枪手位于炮尾右侧。

与典型德系坦克不同,斯大林-2坦克未装配炮塔吊篮,这在一定程度上影响了作战效率。战斗室内的成员配有悬挂式座椅,防止他们在炮塔转向时碰到内部零件。在这样的环境中装填大口径炮弹显然很困难,因此炮弹采用分装式,发射药筒存储在固定到炮塔底板上的金属弹药箱里(通常盖有橡胶垫),而弹头则沿炮塔座圈堆放。考虑到车组成员有弃车作战的可能,斯大林-2坦克通常配有F-1型手榴弹和信号枪,其并列机枪也易于拆卸携行。

斯大林-2坦克采用发动机和主动轮后置布局,相比虎Ⅱ坦克省去了贯穿车体的传动轴。这种设计降低了整车高度,一定程度上减小了被弹面积。斯大林-2坦克的舱室内装有2个容量分别为190升和245升的燃油箱,另有一个85升燃油箱位于起动机和传动机构附近。

此外,其车身侧面还挂有4个互不连通的90升副油箱(3个装柴油,1个装机油)

斯大林-2坦克裸露在外的车体首上装甲几乎没有倾角,难以抵御德军75毫米口径和88毫米口径穿甲弹的直接攻击,在不增加总重和主装甲厚度的前提下,唯一的解决方案是加装60度倾角附加装甲板。

1944年2月,苏联中央科学研究院40所研制出适配斯大林-2坦克的20~30毫米厚附加装甲板。原有的可开启式驾驶员观察窗因妨碍安装附加装甲板而被改为封闭式,只保留了一道观察缝。

国营200厂和乌拉尔重型机械制造厂只用了不到4个月便分别生产出改装所需的铸造装甲板和焊接装甲板。这次改装中,为方便步兵搭乘坦克作战,斯大林-2的车体外还加焊了步兵扶手。同年3月,为提高装弹效率,D-25T型主炮的螺式炮闩换装为半自动立楔式炮闩。

然而,由于原型火炮的射速实在糟糕,这一改进只能算是杯水车薪。为降低主炮后坐力并提高排烟效率,D-25T型主炮原有的T形单室炮口制退器被临时替换为性能更可靠的德式双室炮口制退器。不过这一改进限制了铰接在炮尾右侧的TSh-17型瞄准镜的视野。虽然位于高尔基的国营9厂通过将瞄准镜移位解决了问题,但也不得不因此增大指挥塔附近的空间,并加宽防盾。

接下来的改进中,装填手的潜望镜由PT4-17型升级为MK-4型,而中央火炮设计局( TSAKB)设计的炮口制退器最终成为主炮的标配,它能将后坐力减小三分之一。此外,主炮还配有液压驻退机和液气复进机。

从1945年1月起,斯大林-2坦克的指挥塔外安装了1挺发射12.7108毫米口径枪弹的DShK1938式机枪,用于对付地面和低空目标。