Весной 1941 года в КБ завода №92 по собственной инициативе Грабина, в целях унификации производства дивизионной противотанковой артиллерии, на лафет противотанковой пушки ЗиС-2 был наложен ствол орудия Ф-22УСВ с добавлением двухкамерного дульного тормоза. На левую сторону были перенесены обе рукояти наведения, дабы наводчику можно было управлять огнем прямой наводкой по движущимся целям.
5 июня две первые пушки ЗиС-3 вышли из цехов завода и только 22 июля одна из пушек была представлена во дворе наркомата обороны маршалу Кулику. Грабин в своих воспоминаниях пишет, что Кулик приказал провести условные стрельбы по танкам, наступающим с разных направлений. Кулику пушка понравилась, но он сказал, что она не нужна армии.
В отчете ГАУ более подробно описаны претензии военных: малый угол вертикальной наводки в 22 градуса, мал щит, дульный тормоз демаскирует орудие с воздуха, дальность выстрела не превышает 1000 метров, слабая бронепробиваемость.
Первые опытные орудия ушли в армию и сгинули в боях сентября 1941-го. В декабре 1941 пушку всё же решили производить, но увеличил угол до 27 градусов, сделав станины трубчатыми, затвор был заимствован с ЗиС-2, двухслойный ствол сделали моноблоком. До 350 пушек ЗиС-3 было произведено до конца 1941.