ZiS-3 pierwszej serii: Armaty te posiadały nitowane łoże oraz zamek i mechanizm spustowy przejęty od ZiS-2. Ogony początkowo wykonane były z nitowanych stalowych płyt, tworzących kwadratowy przekrój, a następnie ich przekroje były okrągłe i spawane. ZiS-3 drugiej serii: Zamek i mechanizm spustowy tych armat został uproszczony, a kąt poniesienia ograniczony do +27°. Ogony armat tej serii posiadały przekrój okrągły. ZiS-3 trzeciej serii: Zamek i mechanizm spustowy został przejęty z poprzedniej wersji, ale została zwiększony kąt podniesienia do +37°. Wymagało to modernizacji mechanizmu podniesieniowego i oporopowrotnika.
W armatę ZiS-3 zostało wyposażone także działo samobieżne SU-76 oparte na podwoziu czołgu T-70. W 1942 roku wprowadzono do uzbrojenia opracowaną pod kierunkiem I. Burmistrowa amunicję podkalibrową przeznaczoną do armaty ZiS-3. Jednocześnie cały czas upraszczano konstrukcję samego działa, dzięki czemu liczbę roboczogodzin potrzebnych do wykonania działa typu ZiS-3 zmniejszono z 1029 w 1943 roku, przez 909 w 1943, do 475 w 1944. Główny inżynier Działu Artylerii Koncernu Kruppa profesor Wolf w swoim pamiętniku napisał: Niemieckie działa generalnie były lepsze od dział wyprodukowanych w innych krajach z wyjątkiem ZSRR. Podczas II wojny światowej przetestowałem zdobyczne działa angielskie i francuskie.