在坦克问世后，研制自行火炮（САУ）的需求也逐渐显现。由于战争形态从阵地战转变为机动作战，部队迫切需要机动性强的炮兵支援。传统的牵引火炮因速度慢，往往难以跟上装甲部队的推进，阻碍了军队的攻势。德国率先在波兰战争中认识到了这一需求，积极研发各种类型的自行火炮。德国在捷克斯洛伐克占领了大量战利品坦克及相关工厂，并在这些底盘基础上大规模生产自行火炮。

这些自行火炮对苏联红军的士兵和军官来说，是一个不小的麻烦。一次次的包围战中，德军的自行火炮发挥了至关重要的作用。不过，这些自行火炮也存在不足，因此德军逐渐改进生产了更为完善的车辆。

在苏芬战争期间，苏芬战争中著名的StuG III是生产数量最多的德军自行火炮，总计生产了9250辆，这表明其设计非常成功。StuG III是以三号坦克的底盘为基础开发的，最早的型号装备了一门短管75毫米Stu.G. 7,5 cm K炮，没有配备机枪。其正面装甲厚度为50毫米，侧面装甲为30毫米，发动机功率为300马力，重19吨，公路速度可达38公里/小时。这款自行火炮的优势在于其极佳的越野性能和机动性，同时由于其车高仅2160毫米，非常难以被发现。

由于这些特性，苏军士兵对StuG III格外痛恨。其目标难以击中，尤其是1942年12月生产的StuG III Ausf. G，前装甲厚度增加到80毫米。升级版装载的75毫米Stuk 40 L/48火炮，可以轻松从1000米距离击穿T-34的装甲。这款自行火炮配备了54发炮弹和一挺MG-34机枪，使其在近战中也能自保。总重量增加至23.9吨。

德军王牌坦克手中，消灭100辆以上敌军坦克的通常驾驶“虎”式坦克（15人），另外有2人驾驶StuG III：汉斯·赞德罗克（123辆）和弗里茨·朗（113辆）。

“猎豹式”（Jagdpanther）被许多历史学家认为是二战期间最优秀的反坦克自行火炮。这款Sd.Kfz.173装有强大的88毫米Pak 43反坦克炮，可以在3-4公里距离上击毁大多数苏军坦克，唯有ИС-2可以抵挡。Jagdpanther使用的是“黑豹”坦克的底盘，并在1944年3月开始生产。由于T-5型底盘的大部分缺陷已被修正，使得“猎豹式”（Jagdpanther）的品质极高。

“猎豹式”（Jagdpanther）的装甲设计类似苏军的СУ-85和СУ-100，正面装甲厚度80毫米，侧面50毫米，装甲倾斜角度分别为55度和30度，能有效反弹敌军炮弹。发动机功率700马力，使其在重达45吨的情况下，公路速度可达46公里/小时，越野速度达26公里/小时。弹药储备为57发炮弹，600发机枪子弹，配备5名乘员。

共生产了420辆“猎豹式”（Jagdpanther），主要用于西线战场，尤其是在阿登战役中让盟军吃了不少苦头。它们直到1945年1月才被调往东线，部署在巴拉顿湖附近，但此时德军的命运已难扭转。目前在库宾卡的装甲博物馆可以看到一辆“猎豹式”（Jagdpanther）。

“费迪南”（Ferdinand）自行火炮（后称“Elefant”）历来评价不一。其设计者费迪南德·保时捷将其设计得过于复杂，使用Tiger (P)坦克的底盘，但其结构复杂且不够可靠。它的重量高达65吨，而双引擎的总功率仅为530马力，导致动力不足。此外，许多桥梁承受不了其重量，它甚至可能卡在普通农田中。遇到损坏的“费迪南”（Ferdinand）常需5辆拖车才能将其拖出中立地带。

尽管如此，“费迪南”（Ferdinand）的88毫米Pak 43炮威力无比，正面装甲厚度达200毫米，几乎无法被击穿。侧面和后部装甲厚度为80毫米。“费迪南”（Ferdinand）首次亮相于1943年的库尔斯克战役，其强大的装甲给苏军留下了深刻印象。战后红军士兵将所有德国自行火炮称作“费迪南”。1944年，这些车辆得到升级，配备了机枪、抗磁性涂层，并更名为“Elefant”。

共生产了91辆“费迪南”（Ferdinand）。尽管数量不多，但它们凭借10:1的击毁比成为“超级武器”，在历史中占据了一席之地。每损失一辆“费迪南”（Ferdinand），便可摧毁10辆敌军坦克，这一效率甚至超过了“虎”式坦克。

“黑豹歼击车”Hetzer（Jagdpanzer 38(t)）被认为是二战中最优秀的自行火炮之一，但实际上它是由捷克设计制造的，底盘来自捷克轻型坦克PzKpfw 38(t)。它于1944年初开始在捷克斯洛伐克生产，配备75毫米PaK 39/2反坦克炮和MG-34机枪。正面装甲厚度为60毫米，侧面厚度为20到40毫米，装甲设计倾斜，弹道效果极佳。

“黑豹歼击车”Hetzer低矮的车身（2160毫米高）让它在战场上非常难以被击中。乘员4人。直到战争结束前，Hetzer都在持续生产，共制造了2800辆。甚至在战后，这款自行火炮仍继续生产，直到1951年。