Перехід Червоної Армії до ведення активних наступальних дій в кінці 1942 року продемонстрував потребу в оснащенні її мобільного артилерією особливої потужності. Для боротьби з потужними дотами і знищення укріплених будівель під час ведення міських боїв іноді було недостатньо навіть буксируваних артсистем калібру 152,4 мм. Для вирішення подібних завдань на озброєнні РККА була буксирувана гаубиця Б-4 обр. 1931 року народження, але її висунення на позицію для вогню прямою наводкою було дуже небезпечно для знаряддя, розрахунку і тягача. Крім цього низька швидкість пересування Б-4 на марші не дозволяла застосовувати гаубицю під час швидких і глибоких ударів, спрямованих в глиб оборони противника.
Керуюся цими міркування вже в 1942 році в СРСР був підготовлений ескізний проект по розміщенню гаубиці Б-4 на повністю броньованої САУ, що відноситься до класу штурмових гармат. Самохідку планувалася створити на базі танка КВ-1, даний проект отримав позначення У-19. Проектна маса розробленої машини склала 60 тонн, що для і без того перевантаженої і ненадійною трансмісії важкого танка КВ-1 стало непосильною ношею. Другим обмеженням такої САУ став малий кут піднесення гаубиці, який не дозволяв застосовувати її можливості по веденню навісного вогню на максимальну дальність з закритих позицій. Проект був скасований.
Вже через кілька тижнів свої попередні проекти нової САУ були представлені заводами №100 НКТП, КБ Уралмаша та ЦАКБ. Перший з них представляв з себе самохідний лафет з причепом, в якому планувалося розмістити частину боєзапасу знаряддя. У чомусь цей проект нагадував французьку GPF 194, тільки потужність САУ була вище.
КБ Уралмаша представило на конкурс одразу два варіанти: 203-мм гаубиця Б-4 на шасі танка КВ-1С (модернізація САУ У-19) і 203-мм гаубицю або дві 152-мм гаубиці, розміщених на шасі двох САУ СУ-122. Безпосередньо перед стрільбою шасі пропонувалося з'єднувати, при цьому підготовка до ведення вогню доходила до 40 хвилин, проти 20 хвилин у проекту, запропонованого заводом №100 НКТП.
При цьому роботи представлені заводами №100 і КБ Уралмаша передбачувано не знайшли належної підтримки у членів комісії, так як відрізнялися підвищеною технологічною складністю проектів. У підсумку міцно стояв той лише проект ЦАКБ під індексом С-51. САУ С-51 була виконана на базі танка КВ-1С. Досить скоро було встановлено, що шасі танка має недостатню довжину опорної поверхні і необхідна його доопрацювання. Пропонувалося модифікувати ходову частину, розширивши її до 7 або 8 опорних ковзанок. При цьому обсяг доробок було потрібно провести досить великий, а кількість випущених САУ навряд чи б перевищило кілька десятків, тому від ідеї налагодження виробництва нового шасі було вирішено відмовитися. Підсумкове рішення передбачало установку артилерійської системи на незмінне шасі танка КВ-1С, що було не найкращим варіантом.
САУ С-51 представляла з себе самохідну установку відкритого типу - повністю броньований корпус самохідки виступав в ролі саморушного лафета для відкрито встановленої поверх нього важкої гаубиці Б-4. Броньований корпус САУ виготовлявся з катаних бронеплит товщиною в 75, 60 і 30 мм, як і оригінальний корпус танка КВ. Бронювання було диференційованим і протиснарядним. Лобові бронеплити мали раціональні кути нахилу. У носовій частині корпусу знаходилося місце механіка-водія, а також боєкомплект і його піднощики, інші члени розрахунку гаубиці перебували зовні бронекорпуса. Трансмісія і двигун САУ були розташовані в кормі. Для екстреного покидання машини в днище корпусу розташовувався аварійний люк.
Основним озброєнням САУ С-51 повинна була стати допрацьована 203,4-мм гаубиця Б-4. Гаубиця відкрито монтувалось на даху бронекорпуса і володіла вертикальними кутами наведення в діапазоні від 0 до 60 градусів, сектор горизонтального наведення дорівнював 40 градусам (по 20 в кожну сторону). Висота лінії вогню дорівнювала 1070 метрам при стрільбі по цілі висотою 3 м. Дальність прямого пострілу складала 6,9 км, найбільша дальність стрільби - 18,26 км. Постріл з гаубиці здійснювався за допомогою ручного механічного спуску. Знаряддя Б-4 оборудовалось поршневим затвором, а скорострільність гаубиці становила 1 постріл в 1,25-2,5 хвилини. У бойовому положенні розрахунок знаряддя був прикритий масивним бронещітом, який під час маршу забирався, а стовбур гаубиці переміщався назад в похідне положення.
Боєкомплект гаубиці складалася з 12 пострілів роздільного картузного заряджання. Заряди і снаряди складировались в бронекорпусів САУ, також була реалізована можливість їх подачі з грунту. САУ С-51 могла вести вогонь усім асортиментом боєприпасів від гаубиці Б-4, який включав в себе бетонобійні і фугасні снаряди масою в 100 кг. Фугасні снаряди Ф-623, Ф-625 і Ф-625Д володіли початковою швидкістю в 575 м / с, бетонобійні Г-620 і Р-620Т розганялися до 600-607 м / с.
САУ С-51 обладнувалася чотиритактним V-подібним 12-циліндровим дизелем В-2К потужністю в 600 к.с. Запуск двигуна проводився за допомогою стартера СТ-700 (потужність 15 к.с.) або за допомогою стиснутого повітря, який розміщувався в двох 5-літрових балонах по бортах машини. Паливні баки загальним об'ємом в 600-615 літрів розташовувалися всередині бронекорпуса машини в моторно-трансмісійного відділення та відділення управління.
Трансмісія САУ була механічною і включала до свого складу: багатодисковий головний фрикціон сухого тертя «стали по феродо»; 2 багатодискових бортових фрикційних з тертям «сталь по сталі»; 4-ступінчасту коробку передач з демультиплікатором (8 вперед і 2 назад); 2 бортових планетарних редуктора. Ненадійна робота трансмісії САУ С-51 була відзначена під час проведення її випробувань. Даний факт став ще одним підтвердженням тези про те, що дефекти трансмісії залишалися одним з головних недоліків, який був притаманний усім танкам серії КВ і бронетехніці на його базі.
Ходова частина самохідки повторювала ходову частину танка КВ-1С. Підвіска САУ була індивідуальна торсіонна для кожного з 6 двосхилих опорних ковзанок (діаметром 600 мм) по кожному борту. Навпроти кожного катка був розташований приварений до корпусу обмежувач ходу балансирів підвіски. Лінивці знаходилися спереду, а провідні колеса зі знімними зубчастими вінцями цевочного зачеплення знаходилися позаду. Верхню частину гусениці підтримували по 3 малих підтримують ковзанки.
В цілому ходова частина, двигун і корпус серійного танка КВ-1С не зазнав ніяких змін. З танка була демонтована вежа, на її місці встановлювалася гаубиця Б-4 на відкритому лафеті. Так як вага САУ С-51 (маса практично в 50 тонн) перевершував вагу серійного танка з повністю укомплектованою баштою, то ходові якості машини були досить посередніми.
Тактико-технічні характеристики: С-51
Маса: 49,7 т.
Габаритні розміри:
Довжина 9,35 м. Ширина 3,25 м. Висота 3,4 м.
Екіпаж: 9-10 чол.
Бронювання корпусу: від 30 до 75 мм, маска знаряддя - 41 мм.
Озброєння: 203-мм гаубиця Б-4
Боєкомплект: 12 пострілів
Двигун: рядний 12-циліндровий V-образний дизельний двигун В-2К потужністю 600 к.с.
Максимальна швидкість: по шосе - 30 км / год
Запас ходу: по шосе - 100 км.