После окончания в 1923 г. школы Грабина направляют командиром взвода в тяжёлый артиллерийский дивизион. Вскоре он назначается начальником связи дивизиона. Как одного из лучших строевиков и воспитателей красноармейцев Грабина выдвигают на должность курсового 2-й Ленинградской артиллерийской школы. Отсюда он уходит на учёбу в Военно-техническую академию РККА им. Ф. Э. Дзержинского.
Поначалу Грабину было трудно заниматься — сказывалась низкая общеобразовательная подготовка. Преодолевать это приходилось упорной работой, отказывая себе зачастую в сне и походах с товарищами в кинематограф. На последнем курсе слушателям предложили выбрать тему для дипломного проекта. Грабин решил разработать 152-мм мортиру. Если вопросы внешней баллистики были решены им сравнительно просто, то проблемы внутренней баллистики заставили дипломника серьёзно потрудиться и поломать голову. Первые расчёты показали, что новая мортира будет иметь большую силу отдачи и её общая масса выйдет за пределы заданной. В конце концов Грабин нашёл оригинальное решение. Руководитель проекта профессор Н. Ф. Дроздов его одобрил. При защите проект получил высокую оценку и был оставлен на кафедре для использования в качестве образца будущими дипломниками.
После окончания академии, в августе 1930 г., Грабин получил назначение в конструкторское бюро на завод. В своё время здесь создавалась знаменитая русская трёхдюймовка, полуавтоматическая 76-мм зенитная пушка Лендера и многие другие артиллерийские системы.
Для начала Грабину вместе с группой конструкторов и чертёжников поручили снять чертежи с 76-мм пушки, закупленной как образец в Швеции у фирмы «Бофорс». По этим чертежам пушку изготовили. Однако при первых же выстрелах на полигоне некоторые важные детали её вышли из строя. Оказалось, что у зарубежной пушки слишком малый запас прочности.
Во время работы в конструкторском бюро Грабин глубоко изучил производство и проникся уважением к русским мастерам-умельцам.
Через год с небольшим Грабина перевели на работу в Конструкторское бюро № 2 Всесоюзного орудийно-арсенального объединения Наркомтяжпрома. Здесь вместе с советскими инженерами и конструкторами работала по договору группа немецких специалистов фирмы «Рейнметалл».
Немцы вели себя высокомерно, опытом делиться не спешили, но работали добросовестно и очень аккуратно. Грабин никак не мог смириться с тем, что советские конструкторы использовались только для технической и подсобной работы, не росли как специалисты. Впоследствии Грабин отмечал, что сотрудничество с немецкими специалистами всё-таки принесло пользу — от общения с ними повысилась культура проектирования и разработки чертежей, а главное, иностранцы научили составлять проекты с учётом требований технологии и возможностей производства.
Вскоре Конструкторское бюро № 2 было объединено с другим аналогичным коллективом. Новая организация получила наименование «Конструкторское бюро Всесоюзного орудийно-арсенальногообъединения». Заместителем начальника КБ был назначен В. Г. Грабин.
В начале 1933 г. конструкторское бюро получило новое просторное помещение, хорошо оборудованное опытное производство. Теперь организация стала называться «Главное конструкторское бюро № 38 Наркомтяжпрома». Группе, руководимой Грабиным, была поручена разработка полууниверсальной 76-мм дивизионной пушки, другому отделу — создание 76-мм универсальной пушки.
В конце 1920-х — начале 1930-х годов во многих зарубежных странах появились универсальные пушки, способные вести огонь по наземным и по воздушным целям. Появились и так называемые полууниверсальные пушки — они могли вести только заградительный зенитный огонь.
Первые расчёты, проведённые Грабиным, показали, что такая полууниверсальная пушка будет обладать меньшей начальной скоростью снаряда, чем чисто зенитная, а по сравнению с полевой дивизионной она будет тяжелее, сложнее и значительно дороже. Когда заказанная полууниверсальная пушка А-51 была близка к завершению, конструкторское бюро неожиданно расформировали. Грабин с небольшим коллективом конструкторов получил приглашение работать на артиллерийском заводе. На новом месте Грабину было поручено доработать пушку А-51 и изготовить её опытный образец. Одновременно с этой задачей Василий Грабин вместе с несколькими единомышленниками взялся за создание новой дивизионной пушки, предназначенной для поражения только наземных целей, надёжной, лёгкой и простой в производстве. Но руководители Главного артиллерийского управления отнеслись к проекту нового орудия без особого энтузиазма.
Однако благодаря помощи Серго Орджоникидзе уже в июне 1935 г. был готов опытный образец новой пушки, получившей индекс Ф-22. На испытаниях, которые уже заканчивались, произошёл конфуз. Во время одного из последних по программе выстрелов разрушились ответственные узлы орудия. И дело было не в ошибке конструкторов а просто в некачественной сварке: ещё в ходе испытаний выявили ненадёжность работы полуавтоматического затвора и подъёмного механизма. Грабин в очень короткий срок, мобилизовав коллектив, устранил все недостатки. Однако на совещании в Главном артиллерийском управлении инспектор артиллерии Н. М. Роговский потребовал отказаться от дульного тормоза и вернуться к старой гильзе от трехдюймовки образца 1902 г. Несмотря на возражения Грабина, доказывавшего, что дульный тормоз на треть поглощает энергию отката и позволяет уменьшить массу орудия, его всё же заставили принять оба требования. В результате доработки масса пушки увеличилась на 150 кг, а длина — на 2 м. Орудие успешно выдержало новые испытания и было принято на вооружение под наименованием «76-мм дивизионная пушка обр. 1936 года».
Это орудие представляло собой совершенно новый образец — все его узлы и механизмы были оригинальными. Ф-22 значительно отличалась от предшественницы — 76-мм пушки образца 1902/ 1930 гг. — модернизированной трёхдюймовки, состоявшей на вооружении. Увеличение длины ствола на десять калибров позволило увеличить начальную скорость и дальность с 13 290 м 13 700 м. Вместо классического однобрусного лафета был принят лафет с двумя раздвижными станинами. Это позволило увеличить угол горизонтального обстрела до 60° (вместо прежних 5°), что было особенно важно при борьбе с танками. Угол возвышения в 75° был даже излишен, как дань увлечения универсализацией — пушка ведь не предназначалась для стрельбы по воздушным целям. Полуавтоматический затвор позволял довести скорострельность орудия до 15—20 выстрелов в минуту. Если старую трёхдюймовку можно было перевозить только лошадьми со скоростью до 6—7 км в час, то новая пушка могла на прицепе за автомобилем транспортироваться со скоростью до 30 км в час. Однако пушка получилась тяжеловатой. Ее масса составляла в боевом положении 1620 кг против 1335 кг у пушки образца 1902/1930 гг.
76-мм пушка образца 1936 г. успешно использовалась в боях против японцев на озере Хасан и на реке Халхин-Гол. При этом выяснилось, что её масса велика и затрудняет перевозку орудия расчётом в полевых условиях.
Стремясь учесть фронтовой опыт, коллектив во главе с Грабиным стал работать над дальнейшим совершенствованием пушки. Старались максимально использовать уже имеющиеся узлы и детали чтобы в случае необходимости быстро наладить серийное производство нового образца. Прежде всего за счёт лафета удалось уменьшить массу пушки в боевом положении на 140 кг, а в походном даже на 320 кг. В значительной части это было сделано за счёт уменьшения угла возвышения на 45°. Введение цилиндрических пластин вместо пластинчатых рессор и применение унифицированных автомобильных колёс позволило довести транспортную скорость до 35 км в час. Правда дальность стрельбы по сравнению с Ф-22 уменьшилась на 340 м После полигонных и войсковых испытаний новое орудие было принято на вооружение и получило наименование «76-мм пушка обр. 1939 года (УСВ)».
Задолго до начала работ по Ф-22-УСВ КБ Грабина получило заказ на проектирование специальной танковой пушки. Разработчики присвоили ей индекс Ф-32. Пушка эта успешно прошла заводские, полигонные испытания и была рекомендована на вооружение.
Но вечная неудовлетворённость достигнутым не оставляла Грабина. Он мечтал создать более мощную пушку, которая была бы грозой танков, артиллерии, дотов, дзотов противника, а при необходимости могла бы заменить и дивизионную артиллерию. Тут весьма кстати стало известно о создании нового танка, которому требовалась новая мощная пушка.
Технический совет единодушно решил создать на базе Ф-32 более мощную пушку Ф-34, впоследствии ставшую неотъемлемой частью танка Т-34. Грабин использовал метод параллельной работы. Одновременное проектирование и изготовление опытного образца позволило собрать его за три месяца. Получалось так, что, когда пушка уже прошла заводские испытания, танк ещё не был готов.
