1944年春季起，苏联各重型自行炮兵团(俄文缩写为TSAP)都开始用ISU-152和ISU-122突击炮换装SU-152突击炮。所有装备ISU系列突击炮的团都是精锐的“近卫”部队。到战争结束，苏联一共组建了56个重型自行炮兵团。每团配备有21辆ISU-152/ISU-122。苏军将这些重型突击炮执行一致的战术任务。ISU-122成为战争中最有影响力的远程坦克歼击车，不过ISU-152却在这方面表现平平，主要是因为它没有装备穿甲弹以及过低的射击初速。战后很多西方资料中称ISU-122为“坦克歼击车”，而称ISU-152为“突击炮”的原因就在于此。（ML-20S型炮在1000米的距离上能垂直击穿120mm厚的装甲，而A-19却能在同样的距离上击穿150mm厚的装甲）。凭借着强大的火力和高爆弹效能，ISU-152/ISU-122/ISU-122S都成为巷战中的极具威胁的战斗车辆。
1944年夏季一次战斗中，德军第502重型装甲营一半的坦克（6辆）被ISU突击炮的火力所摧毁。装备有ISU系列突击炮的重型自行炮兵团不仅在苏军步兵和坦克进攻时提供火力支援，也能在德军发动的反突击中胜任防御任务。例如在1945年1月15日，德军突然向东普鲁士境内的波罗伏镇的苏军步兵发起进攻。苏军步兵纷纷后撤到独立近卫第390重自行火炮团的阵地后面。该团开始向进攻的德军开火，击毁大量德军战斗车辆，德军步兵也死伤惨重，最后德军不得不停止了进攻。
ISU自行反坦克炮还经常被作为炮兵火力来使用，因为它们既能直瞄射击也能间接瞄准射击。隶属于乌克兰第1方面军的独立近卫第368重型自行炮兵团就曾担任炮兵任务，在107分钟内该团向德军倾泻了980发炮弹。造成德军2个摩托分队被完全摧毁，还损失了8门火炮，整整一个步兵营的人员几乎被全歼。
SU-152自行火炮存在很多问题，为了在战役中摧毁德军的坚固防御工事和新式重型坦克，于是，苏联决定利用新研制的IS重型坦克底盘生产一种新的重型自行火炮，这个设计方案被命名为“241项目”，即为后来的ISU-152自行反坦克炮。