Основне озброєння танка Т–72 – 125-мм гладкоствольна гармата 2А46 калібру 125 мм роздільно-гільзового заряджання з напівавтоматичним клиновим затвором та ежекційним продуванням ствола після пострілу.
новий танк був озброєний 115-мм гладкоствольною гарматою Д-68 з роздільним заряджанням і гільзою, що частково згоряє. До складу системи управління вогнем (СУО) входив оптичний стабілізований приціл-дальномір. Вперше у світовій практиці танк з традиційним компонуванням і гарматою великого калібру отримав автомат заряджання.
Спочатку танк Т–34 озброювався 76-мм гарматою Л-11 з довжиною ствола 30,5 калібру, а, починаючи з лютого 1941 року, він отримав потужнішу 76-мм гармату Ф-34 з довжиною ствола в 41 калібр.