В качестве вооружения САУ использовались качающаяся и вращающаяся части 122-мм полевой гаубицы обр. 1938 года М-30. Длина ствола — 22,7 калибра. Верхний штыревой станок гаубицы устанавливался в гнездо специальной тумбы, смонтированной в передней части днища корпуса. На цапфах станка крепилась качающаяся часть со штатными стволом, люлькой, противооткатными устройствами, прицелом и механизмами наведения. Необходимость бронирования качающейся части потребовала усиления пружинного уравновешивающего механизма, что было сделано без изменения его габаритов.

Боекомплект — 40 выстрелов раздельно-гильзового заряжания, в основном осколочно-фугасные. В отдельных случаях для борьбы с танками противника на дальностях до 1000 м применялись кумулятивные снаряды массой 13,4 кг, способные пробивать броню в 100— 120 мм. Масса осколочно-фугасного снаряда —21,7 кг. Для самообороны экипажа установка снабжалась двумя пистолетами-пулеметами ППШ (20 дисков — 1420 патронов) и 20 ручными гранатами Ф-1.

Для стрельбы прямой наводкой и с закрытых огневых позиций использовался один панорамный прицел с полунезависимой линией прицеливания. Головка панорамы выходила под бронированный козырек корпуса, имевший боковые отверстия для обзора местности, которые при необходимости могли закрываться шарнирными крышками. У командира машины имелись перископический танковый прибор наблюдения ПТК-5, позволявший производить круговое наблюдение за местностью, и радиостанция 9РМ. Командир машины, помимо своих прямых обязанностей, выполнял работу правого наводчика по углу возвышения.

Относительно большой состав экипажа — 5 человек — объясняется тем, что 122-мм гаубица имела поршневой затвор, раздельное заряжание и разнесенный по обе стороны орудия механизм наведения (слева находился маховик винтового поворотного механизма, а справа — маховик секторного подъемного механизма). Угол горизонтального наведения орудия составлял 20° (по 10° на сторону), вертикальный — от +25° до — 3°.

Установка 122-мм гаубицы на тумбе.

Форма корпуса САУ по сравнению с СУ-122 изменений не претерпела. Расположение люков и приборов наблюдения в основном идентично опытной СУ-122-III.

Для командира установки к крыше корпуса приваривался броневой колпак с призматическим и перископическим (ПТК-5) приборами наблюдения. Позже число призматических приборов у командира довели до двух, а их общее количество возросло с трех до пяти. В лобовом и бортовых листах корпуса имелись отверстия для стрельбы из личного оружия, закрываемые броневыми заглушками. Слева от колпака командира в крыше находился люк для установки в боевом положении панорамного прицела, а за ним — посадочный люк с двустворчатой крышкой. Люк механика-водителя был заимствован у танка Т-34 без изменений.

В лобовом листе корпуса в рамке устанавливалась 85-мм пушка Д-5С-85 (или Д-5С-85А) обр. 1943 года с длиной ствола 48,8 калибра. Масса качающейся части пушки без бронировки 1230 кг (Д-5С- ~ 85А — 1370 кг). Предельная длина отката 320 мм. Затвор клиновой с полуавтоматикой копирного типа. Противооткатные устройства состояли из гидравлического тормоза отката и гидропневматического накатника и располагались над стволом: с правой стороны — накатник, с левой — тормоз отката. Угол горизонтального наведения 20°, вертикального — от — 5° до +25°. Спусковой механизм — механический, ручной. Скорострельность пушки с закрытыми люками боевой рубки составляла 6 — 7 выстр./мин.

Для стрельбы прямой наводкой использовался телескопический прицел 10Т-15 (на части машин ТШ-15), а для стрельбы как прямой, так и непрямой наводкой — панорамный прицел.

СУ-85М в корпусе СУ-100 ранних выпусков.

Для стрельбы из 85-мм самоходной пушки использовались штатные боеприпасы от 85-мм зенитной пушки обр. 1939 года:

— унитарный патрон с бронебойно-трассирующим тупоголовым снарядом (БР-365) с баллистическим наконечником с взрывателями МД-5 и МД-7;

— унитарный патрон с бронебойнотрассирующим остроголовым снарядом (БР-365К) с взрывателем МД-8;

— унитарный патрон с осколочной стальной гранатой (O-365К) с взрывателем КТМ-1;

— унитарный патрон с подкалиберным бронебойно-трассирующим снарядом БР-365П (принят на вооружение в феврале 1944 года).

По бронебойности орудие Д-5С на 57% превосходило пушку Ф-34 танка Т-34 и на 45% — гаубицу М-30 самохода СУ-122, что увеличивало дальность эффективной борьбы с немецкими танками в 1,5 раза. Боекомплект САУ состоял из 48 унитарных выстрелов, из них 19 бронебойных, 9 подкалиберных и 20 осколочно-фугасных. Кроме того, в боекомплект входили 1420 патронов (20 дисков) к двум пистолетам-пулеметам ППШ и 24 ручных гранаты Ф-1.

На СУ-85 устанавливалась радиостанция ЭРМ или 9РС и танковое переговорное устройство ТПУ-Збис-Ф.

Командирская башенка с прибором 11ТК-5 и антенный ввод СУ-85.

Схема бронирования СУ-100.

Компоновка САУ аналогична компоновке СУ-122 и СУ-85. В отличие от последних, ходовая часть и моторно-трансмиссионная группа заимствованы у танка Т-34-85.