Подготовка личного состава для самоходно-артиллерийских частей в течение всей войны велась Учебным центром самоходной артиллерии (УЦСА) в поселке Клязьма Московской области, сформированным 25 ноября 1942 года на основе постановления ГКО и приказа НКО СССР. Центр находился в подчинении командующего артиллерией Краснов Армии. Задачей УЦСА являлись формирование и обучение самоходно-артиллерийских полков, маршевых батарей и отправка их на фронт. Центр состоял из пяти групп: одна занималась формированием тяжелых, две — средних и две — легких самоходно-артиллерийских полков. Во главе каждой группы стояли начальник группы и штаб. Для подготовки тяжелых самоходно-артиллерийских полков в марте 1943 года в Челябинске были сформированы 21-й учебный тяжелый самоходно-артиллерийский полк и 36-й запасной самоходно-артиллерийский полк под Москвой. Сформированные в учебных полках маршевые батареи направлялись в УЦСА, где они распределялись по группам, затем сводились в полки, пополнялись личным составом из запасного полка, специалистами (ремонтниками, связистами, радистами, шоферами и др.), комплектовались военно-техническим имуществом и автомобилями. После этого полки отправляли на фронт. Командиров тяжелых САУ и старших механиков-водителей готовили 2-е Киевское училище самоходной артиллерии, 3-е Горьковское, Соликамское и Буйское танковые училища.
Колонна СУ-152 на марше. Карельский перешеек, июль 1944 года
Серийное производство самоходных установок СУ-152 продолжалось до декабря 1943 года — до снятия с производства танка КВ-1 С. Всего было выпущено 670 таких машин.
Боевое крещение СУ-152 получили в боях на Курской дуге, правда еще в весьма ограниченном количестве. Так, например, в составе войск Центрального фронта имелось всего 25 боевых машин этого типа. Тем не менее, появление их стало неприятным сюрпризом для немцев.
Осколочно-фугасная граната ОФ-540 массой 43,56 кг по выходе из ствола имела скорость 655 м/с и при установке взрывателя на осколочное действие наносила поражение осколками на 40 м — по фронту и на 8 м — в глубину. Бронебойно-трассирующий снаряд БР-540 при выходе из ствола с начальной скоростью 600 м/с пробивал на дистанции до 1500 м лобовую броню всех танков Вермахта. При попадании в башню он срывал ее с погона. Вследствие своей очень большой массы в 48,8 кг (для сравнения — 85-мм бронебойный снаряд имел массу 9,2 кг) даже при непробивании сильнобронированной цели (штурмового орудия «Фердинанд», например) он гарантированно выводил ее из строя из-за поломок узлов и механизмов вследствие сотрясения и поражения экипажа за счет многочисленных внутренних отколов брони. Неплохие результаты давал обстрел вражеской техники фугасными и бетонобойными снарядами. При использовании бетонобойного снаряда Г-530 по прямому назначению им пробивалась железобетонная стена толщиной около 1 м. Впрочем, на Курской дуге разрушать долговременные огневые точки противника новым САУ не пришлось, а вот по немецким танкам они постреляли немало, и вполне успешно. Так, майор Санковский, например, на своей СУ-152 подбил 10 танков за один день. Именно тогда тяжелые артсамоходы получили у солдат уважительное прозвище «Зверобой».
Самоходное орудие СУ-152. 1539-й тяжелый самоходно-артиллерийский полк, 2-й Прибалтийский фронт, весна 1944 года
СУ-152 продолжали активно использоваться в боевых действиях и после Курской битвы, причем опять-таки как мощное противотанковое средство. Во время Киевской операции 1-го Украинского фронта 52-я танковая бригада 16-го танкового корпуса, усиленная 1835-м тяжелым самоходно-артиллерийским полком, к 8 часам 7 ноября 1943 года заняла г.Фастов и стала закрепляться в нем. Как и бригада, полк понес в предыдущих боях значительные потери и имел в строю всего три СУ-152 и один танк КВ-1С. В ожидании контратаки с юга все три установки и танк были поставлены на позиции в районе высоты 210,4. В 10 часов того же дня противник предпринял первую контратаку с юга силами до батальона пехоты при поддержке восьми танков и четырех самоходных орудий. Но огнем САУ контратака была отбита. В течение 8 ноября немцы, усилив свою пехоту 20-мм зенитными автоматическими пушками, предприняли на этом направлении еще ряд контратак, которые также были отбиты. При этом самоходно-артиллерийские установки полка уничтожили два танка, два самоходных орудия, четыре пушки и до двух рот противника. Собственные потери составили один танк КВ-1С.