Усовершенствованная система противотанковой обороны Красной армии получила у немцев наименование «пакфронт» (Pakfront). РАК — это немецкая аббревиатура для обозначения противотанкового орудия — Panzerabwehrkannone. Вместо линейного расположения орудий по обороняемому фронту в начале войны они объединялись группами под единым управлением. Это позволяло концентрировать на одной цели огонь нескольких орудий. Основой противотанковой обороны являлись противотанковые районы. Каждый противотанковый район состоял из отдельных противотанковых опорных пунктов (ПТОПов), находящихся в огневой связи друг с другом. «Находиться в огневой связи друг с другом» — означает возможность ведения соседними ПТОПами огня по одной цели. ПТОП насыщался всеми видами огневых средств. Основой огневой системы ПТОПа являлись 45-мм орудия, 76-мм полковые орудия, частично пушечные батареи дивизионной артиллерии и истребительно-противотанковые артиллерийские части. Каждым ПТОПом руководил комендант, назначенный из числа командиров артиллерийских частей, входивший в его состав. Как правило, комендантом назначался командир истребительно-противотанкового полка или дивизионного артиллерийского полка (командир артиллерийского дивизиона).
Очередным этапом в развитии советской противотанковой артиллерии стало введение на вооружение снарядов нового типа. Первой новинкой стал подкалиберный снаряд. Он представлял собой твердосплавный сердечник, вставленный в поддон катушечной формы из мягкой стали. Для улучшения аэродинамики этой конструкции сверху поддон закрывался баллистическим наконечником. Принцип его действия заключался в увеличении начальной скорости (за счет легкого корпуса-катушки) и увеличении поперечной нагрузки пробивающего броню элемента. Сердечник 45-мм снаряда имел диаметр 20 мм, 57-мм снаряда — 25 мм и 76-мм снаряда — 28 мм. При попадании снаряда в броню ее пробивал сердечник, а легкий поддон оставался снаружи. Сердечник в силу своих малых размеров не мог нести разрывного заряда. Однако напряжения, возникавшие в сердечнике при пробитии брони, часто приводили к его разрушению за броней и дроблению на раскаленные осколки, поражавшие экипаж и внутреннее оборудование танка.
Первым был разработан 45-мм подкалиберный снаряд. Он был разработан в феврале — марте 1942 года группой инженеров под руководством военинженера 1 — го ранга И. Бурмистрова. На вооружение новый боеприпас был принят постановлением Государственного Комитета Обороны от 2 апреля 1942 года. К созданию нового снаряда подоспела модернизация «сорокапятки». В январе — марте 1942 года ОКБ завода № 172 спроектировало 45-мм противотанковую пушку с удлиненным стволом. В августе — сентябре 1942 года опытный образец прошел испытания и с апреля 1943 года был запущен в массовое производство. При дальности стрельбы 300 и 500 метров и угле встречи с броней 90 градусов 45-мм подкалиберный снаряд, выпущенный из новой пушки, пробивал 95 мм и 80 мм брони соответственно. Основным недостатком новых боеприпасов была их дороговизна за счет использования для изготовления сердечника дефицитного вольфрама. Сердечник изготавливался методом порошковой металлургии путем спекания карбида вольфрама. В связи с этим пришлось даже закупать вольфрам за границей — около 4000 тонн было получено в 1942 году из Китая.
Следующим этапом совершенствования боеприпасов стала разработка 76-мм и 57-мм подкалиберных снарядов. Они также были разработаны группой Бурмистрова и приняты на вооружение постановлениями Государственного Комитета Обороны № 3187 от 15 апреля и № 3429с от 26 мая 1943 года соответственно. 57-мм подкалиберный снаряд при начальной скорости 1270 м/с пробивал на дистанции 300 м 165 мм брони, а на дистанции 500 м — 145 мм брони. Это позволяло ему эффективно бороться с появившимися у немцев тяжелыми танками до самого конца войны. 76-мм подкалиберный снаряд пробивал на дальности 300 м 105 мм брони, а на дальности 500 м — 90 мм брони. Такие характеристики позволяли противотанковым частям бороться с появившимися в 1943 году на поле боя немецкими тяжелыми танками «тигр». В первую очередь подкалиберные снаряды поступали именно в истребительно-противотанковые части.
Одним из неприятных сюрпризов 1941 года стало применение немцами кумулятивных боеприпасов. На подбитых танках обнаруживались пробоины с оплавленными краями, поэтому снаряды получили название «бронепрожигающих». Теоретически такого эффекта можно было достичь высокотемпературными термитными смесями. Они на тот момент уже применялись, например, для сварки рельсов в полевых условиях. Но попытка летом 1941 года воспроизвести «бронепрожигающий» снаряд по описанию его действия провалилась. Прожигание брони термитными шлаками проходило слишком медленно и не достигало нужного эффекта.
Ситуация изменилась, когда были захвачены немецкие кумулятивные боеприпасы. Сам по себе кумулятивный эффект был известен давно. Отмечалось, что выемка в заряде взрывчатого вещества, обращенная к преграде, облегчает пробивание этой преграды. Однако практическое применение этого эффекта для пробивания брони поначалу столкнулось с рядом непреодолимых препятствий. Изюминка была в облицовке выемки и взрывателе мгновенного действия. 23 мая 1942 года на Софринском полигоне были проведены испытания кумулятивного снаряда к 76-мм полковой пушке, разработанного на основе трофейного немецкого снаряда. По результатам испытаний 27 мая 1942 года новый снаряд был принят на вооружение. В 1942 году также был создан 122-мм кумулятивный снаряд, принятый на вооружение 15 мая 1943 года. Кумулятивные боеприпасы были средством повышения возможностей артиллерии, изначально не предназначенной для борьбы с танками. Вследствие короткого ствола 76-мм полковой пушки разогнать в нем бронебойный снаряд до высокой скорости было затруднительно.
Спасением в этом случае был не зависящий от начальной скорости снаряда кумулятивный эффект. 122-мм кумулятивные снаряды были средством самообороны дивизионных гаубиц. Кумулятивный снаряд к 76-мм полковому орудию имел более широкое применение. Особенно эффективными были полковушки в городском бою. Кумулятивные боеприпасы делали их тактическим аналогом послевоенных станковых гранатометов.
Звездным часом истребительно-противотанковой артиллерии стало сражение на Курской дуге летом 1943 года. На тот момент 76-мм «ратшбумы» были основным орудием истребительно-противотанковых частей и соединений. «Сорокапятки» составляли около трети общего числа противотанковых орудий на Курской дуге. Длительная пауза в боевых действиях на фронте позволила улучшить состояние частей и соединений за счет поступления техники от промышленности и доукомплектования противотанковых полков личным составом. Истребительно-противотанковые полки были укомплектованы материальной частью и личным составом почти полностью (по материальной части — 93 %, по личному составу — до 92 %). Недостаточно было средств тяги (по количеству моторов на орудие вместо штатных 3,5 показатель колебался от 1,5 до 2,9), причем главным образом эти средства были представлены грузовыми автомобилями грузоподъемностью от 1,5 до 5 тонн, а тягачей и автомобилей повышенной проходимости типа «Виллис», «Додж» и «ГАЗ-64» не хватало. Маршал артиллерии H.H. Воронов в своем докладе по итогам Курской битвы даже утверждал, что от 30 до 40 % истребительно-противотанковых полков и бригад имели лишь конную тягу.
