1941年6月22日，德国撕毁《苏德互不侵犯条约》，向苏联发动突然袭击，苏德战争正式爆发。德国投入了包括芬兰、匈牙利和罗马尼亚等过在内的390万军队，分为北、中、南三个集团军群，进攻部队共拥有3600辆坦克。而苏联西部防线的部队约有320万人，拥有各类坦克12000辆。

战争爆发初期，苏联拥有坦克数量上的绝对优势，主要型号包括：T-26、BT系列轻型坦克、T-28中型坦克、T-35重型坦克，以及最新型的T-34/76中型坦克、KV-1、KV-2重型坦克。虽然数量庞大，但是其绝大多数为T-26、BT等旧式坦克。其中T-34/76中型坦克西部防线装备了760辆。与苏联相比，德国投入进攻的3600辆坦克，大多数为I号、II号、35t、38t轻型坦克，基本不具备坦克战能力。而德军较为先进的III号坦克在东线战场只有960辆，IV号坦克400余辆。但德军战术得当，在初期给苏军造成了巨大损失。

1941年6月22日在白俄罗斯格罗德诺T-34/76首次参战，表现出色。在之后苏军第四坦克旅参加的姆岑斯克战斗中，苏联击毁20辆以上的王牌就诞生了五位，其中拉布里年科上尉战绩达到52辆。第四坦克旅因此被荣誉更名为苏联第一近卫坦克旅。T-34/76名声大噪。

T-34坦克（俄文：T-34ТАНК，英文：T-34MediumTank），是第二次世界大战前由苏联哈尔科夫共产国际工厂设计师米哈伊尔·伊里奇·科什金领导设计的中型坦克。该坦克战斗全重32吨，发动机功率500马力，最大公路速度75千米/小时，最大行程400千米，装备一门76毫米坦克炮，是一款火力、防护力和机动性都很突出的坦克。1940年9月开始在哈尔科夫坦克厂生产，定型为：T-34/76。

T-34/76装备的76毫米坦克炮，可以在500米外击破德军III、IV坦克的前装甲。而德军反坦克威力最好的III号坦克50毫米坦克炮，要在100米内才能对T-34/76的45毫米倾斜装甲造成威胁。一时之间德军竟找不到可以与之抗衡的坦克，这就是“T-34危机”。

经过1941年的残酷交战，苏德双方都总结了己方坦克的优缺点，开始进行改进。苏亮方面主要在提高坦克产量上下工夫，对战争前期有出色表现的T-34/76、KV-1进行简化设计并大量生产。整个1942年苏联坦克产量达到24668辆，其中T-34/76占12527辆。同德国相比坦克数量上占据绝对优势。

德国方面为了应付T-34/76的威胁，一方面对III、IV号坦克进行全面改进。先是大幅度提高装甲厚度，炮塔前部增加到50毫米以上，车体增加到80毫米，再是提高坦克炮口径，增强破甲能力。其中最新型的IV号F(G)坦克能够在1000米外轻松击毁T-34/76，而T-34/76只有在500米内才有机会威胁新型IV号。另一方面德国开始推出大名鼎鼎“虎”式和“豹”式坦克。坦克性能的天平开始向德国倾斜。但德国的产能始终无法和苏联处于一个水平线，1942年的坦克产量不及同期苏联的1/4，能够和T-34/76抗衡的III、IV号改进型只生产了3000辆。

1942年上半年，苏军对德军发动了一系列的盲目反攻，损失了上百万兵力和数千辆坦克。后德军发动夏季攻势，苏军训练不足的新型坦克部队匆忙上阵，为抵挡德军装甲部队的前进，又损失了大量坦克。苏军坦克部队实力陷入低谷。

1942年11月，苏军在斯大林格勒发起全面反攻，扭转了苏德战争的战略态势。朱可夫指挥的“天王星行动”，苏军用110万兵力，1463辆坦克和自行火炮，合围了德军第六集团军27万人。12月，德军曼施泰因指挥顿河集团军发起解围之战，第57装甲军一度突破到距包围圈内线50公里的地方，但随即被苏军的强大反击击退。最终德军第六集团军被苏军歼灭。

1943年，德国各工兵厂全面动员，“虎”式和“豹”式坦克开始大量投入战场，这年产量分别为649辆和1849辆。IV号坦克产量大幅增加，III号坦克停产，转为制造III号突击炮，两型产量均超过3000辆。与之对应，苏联这年产量与1942年持平，但中型坦克、重型坦克比例大增，T-34/76生产了15812辆，不过性能上已落后于德军坦克。

1943年7月5日到8月27日，苏德双方爆发了库尔斯克会战。这是苏德战场的决定性战役之一，是第二次世界大战中最大的坦克会战。此次会战苏军投入士兵191万人，坦克5128辆。德军投入士兵78万人，坦克2928辆。双方经过52天的惨烈厮杀，德军被苏军阻滞后被击溃。战后统计，苏军损失士兵80万人，坦克6000辆。德军损失士兵50万人，坦克1500辆。无疑，此战苏军最终获胜，但确是战损更大的一方。

库尔斯克坦克大战是检验苏德双方坦克实力的一场决战。此战苏军坦克性能上劣势暴露无遗，T-34/76的76毫米炮面对“虎”式的100毫米正面装甲和“豹”式坦克80毫米倾斜装甲无能为力，甚至无法对付IV号坦克的正面80毫米装甲。与之对应，德军“虎”式的88毫米L/56炮和“豹”式75毫米L/70炮，均可在1500米外击穿T-34/76和KV坦克的正面装甲。战斗中，T-34/76坦克与“虎”式坦克的交换比达到了5：1以上。1943年里，苏联坦克都被“虎式危机”的阴影笼罩。

面对德军坦克的性能优势，苏军开始全面升级自身坦克，并以击败“虎”式为最终目的。1944年，T-34/85正式生产型亮相，与T-34/76相比，T-34/85用85毫米坦克炮替换了76.2毫米坦克炮。并采用了3人制的大炮塔，增加了炮长位置，使T-34车长从兼任炮长的重担下解放出来，从而大幅提高了T-34的作战能力。T-34/85虽然在火力、防护上相对于德军坦克并没有多少优势，但改进3人制炮塔并普遍配备无线电后，比早期型号更有利于发挥坦克乘员的个人能力。再加上均衡的火力、装甲和机动性能，T-34/85的实战能力有很大提高。奥格莱德村战斗中，第53近卫坦克旅的奥什金中尉，驾驶T-34/85，以出色的机动战术，在200米距离上一连击毁三辆最新投入战场的“虎王”坦克。

1944年，苏联坦克和自行火炮的产量达到28159辆，其中T-34/85达到13949辆，IS-2重型坦克2252辆。德国全年生产坦克和自行火炮18956辆，其中“豹”式3777辆，“虎”式623辆，“虎王”377辆。同年，苏军对德军连续发动了10次重大战略性进攻，收复了本国全部领土，并将战线推移到境外。这10次战役中，T-34/85和IS-2发挥了巨大作用。

1945年3月，德军装甲部队在东线发起最后一次大规模攻势“春醒”行动。德军的“虎”式、“豹”式、“虎王”等在苏军强大火力下日薄西山、风光不再。T-34/85和IS-2彻底成为战场的主角，直到战争胜利。

T-34坦克是苏联第二次世界大战时期最著名的坦克，在坦克发展史上具有重要地位，而且其设计思路对后世的坦克发展有着深远及革命性的影响。各型T-34坦克在第二次世界大战期间总产量超过5万辆，是苏德战争期间苏联产量最大的坦克类型。远远超过德国所有坦克的总和，成为苏联卫国战争的钢铁脊梁。