Появление нового американского танка М60 и английского танка «Чифтен» произвело большое впечатление на советское руководство. 115-мм пушки У-5ТС и Д-68 были недостаточно эффективными в борьбе с М60 и «Чифтеном», не говоря уже о Д-10Т2С.

15 июня 1961 г. на научно-технический совет ГКОТ была вынесена рекомендация о разработке гладкоствольной пушки с начальной скоростью подкалиберного снаряда 1800 м/с и дальностью прямого выстрела 2100 м. В июле 1961 г. были рассмотрены проекты мощных пушек ОКБ-9, и из них приняли проект 125-мм гладкой пушки Д-81.

125-мм пушкой Д-81 было решено вооружить танки Т-62 и об. 432. В конце 1961 г. — начале 1962 г. возникли споры о типе заряжания Д-81. ОКБ-9 предложило раздельно-гильзовое, а главный конструктор УВЗ Карцев требовал унитарное заряжание. Представитель НИИ-24 заявил, что унитарный выстрел с осколочно-фугасным снарядом будет весить около 40 кг, и, кроме того, применение унитарных выстрелов приведет к уменьшению объема каморы и, соответственно, к ухудшению баллистики. В конце концов, было решено делать раздельно-гильзовое заряжание.

Т-72

T-64Б

Полномасштабные работы по Д-81 были начаты по решению Министерства обороны и ГКОТ от 11 августа 1962 г. Интересно, что военные еще не очень верили в гладкоствольные пушки, и параллельно со 125-мм гладкоствольными пушками было начато проектирование 122-мм нарезной пушки Д-83. В техзадании на пушки было сказано, что Д-81 и Д-83 должны отличаться только трубами ствола и быть взаимозаменяемыми при установке в танк. По проекту Д-83 должна была иметь подкалиберный снаряд весом 6,5 кг, давление в канале — 4000 кг/см² и начальную скорость — 1610 м/с. Заряжание Д-83 раздельно-гильзовое. Разработка двухплоскостного стабилизатора для Д-81 и Д-83 велась в ЦНИИ-173.

Отдача пушек Д-81 и Д-83 оказалась столь велика, что в качестве полигонных станков для них пришлось брать лафеты на гусеничном ходу от орудий большой мощности. В апреле 1963 г. ОКБ-9 отправило на полигон в Павлоград одну баллистическую установку Д-81БЛ на лафете 203-мм гаубицы Б-4, а в июне 1963 г. — одну баллистическую установку Д-83БЛ на лафете 280-мм мортиры Бр-5. Еще одна баллистическая установка Д-81БТ была отправлена для монтажа в танк об. 432 в июле 1963 г.

В апреле 1964 г. завод № 9 изготовил 5 опытных образцов пушки Д-81, которые в мае 1964 г. были отправлены:
две — в Харьков на завод им. Малышева для монтажа в об. 432;
две — в Нижний Тагил на Уралвагонзавод для монтажа в об. 167*;
пятая пушка была оставлена для испытаний на заводе № 9.

Первый танк со 125-мм пушкой был поставлен в НИИ-24 в конце апреля 1964 г. для отработки выстрелов.

На испытаниях пушки Д-81 в первой половине 1964 года был подобран единый заряд для кумулятивного и осколочно-фугасного снаряда. Дальность прямого выстрела кумулятивного снаряда составила 1020 м. Бронепробиваемость — 200 мм под углом 60°. Осколочно-фугасный снаряд чертежа 6873 имел дальность стрельбы 10600 м при угле 14°.

* об. 167 — средний танк, модификация Т-62. Создан в инициативном порядке на заводе № 183 совместно с ЧТЗ как подарок XXII съезду КПСС. Вес танка составлял 36,7 т, по проекту он должен быть вооружен 115-мм пушкой У-5ТС с боекомплектом 40 выстрелов, но предусматривалась и установка 125-мм пушки Д-81. Дизель В-26 мощностью 700 л. с. Скорость по шоссе — 65 км/час. По сравнению с Т-62 броневая защита уменьшена: нижний лобовой лист — со 100 до 80 мм; борт — с 80 до 70 мм; корма — с 45 до 30 мм. Установлено противорадиационное покрытие (подбой).