25 maja 1943 roku, krótko po wdrożeniu tej zmiany, administracja fabryki nr 100 zarządziła rozpoczęcie modernizacji SU-152, która głównie polegała na zwiększeniu opancerzenia, a także innych poprawkach. Modernizacje rozpoczęły się w lipcu 1943 roku, pod nadzorem Żoziefa Jakowlewicza Kotina (naczelnego projektanta sowieckich ciężkich czołgów) oraz Grigorija Nikołajewicza Moskwina (projektanta głównego działa samobieżnego). Około miesiąc po zatwierdzeniu ulepszeń konstrukcji, pierwszy zmodernizowany prototyp był już gotowy. Został oznaczony IS-152 (ИС-152). Doświadczenia przeprowadzone przez fabrykę we wrześniu 1943 roku ujawniły jednak szereg różnego rodzaju uchybień projektu, które spowodowały, że prototyp wysłano do poprawy. W październiku 1943 drugi (inny) zmodernizowany wariant, oznaczony jako Obiekt 241 (Объект 241) był już gotowy. Pod wieloma względami był lepszy od swojego poprzednika – IS-152, który nie przeszedł wewnętrznych testów. Próby fabryczne rozpoczęto jeszcze w tym samym miesiącu na Gorochowieckim Poligonie Artyleryjskim. W dniu 6 listopada 1943 roku zaakceptowano poprawioną wersję oraz nadano jej nowe oznaczenie – ISU-152 (ИСУ-152).