在1943年8月，苏联决定停止生产SU-122突击炮，这一行为引起了前线指挥官的不满，因为SU-122安装的122毫米榴弹炮在战场上大有用处，经常硬抗伤害去攻击那些火力点，是步兵的好帮手。反观接替SU-122的SU-85，它的85毫米火炮虽然穿甲能力更强，但榴弹杀伤能力却弱了很多。

以上两种装备各有优劣，SU-122本就是应急设计，主炮原本是牵引式榴弹炮，没怎么改就装在底盘上，这导致车内空间非常狭窄，战斗射速很慢，穿甲弹已不足以应付德军的新式重甲坦克，并且整车有点前重后轻。SU-85整体设计比较合理，军队认为它最大的缺点就是前文提到的榴弹杀伤力弱。以上矛盾最终促使苏联着手研制“中型自行火炮”，工厂于1943年9月~10月间提出了4个设计方案，其中就包括SU-D15（工厂编号）。

SU-D15的基本布局和SU-122一样，都是以T-34中型坦克底盘为基础，车体后部是发动机舱，前部车体中轴线上安装了一门152毫米榴弹炮，驾驶员在火炮左侧，车长在火炮右侧。主炮是用牵引式152毫米D-1榴弹炮修改而来的D-15，火炮制退器结构更加紧凑，炮座直接使用85毫米坦克炮的，但T-34的底盘承受能力毕竟有限，炮管比原版缩短了17％，炮弹初速度降低了约25％。

这并不意味着火炮威力大幅减弱，该炮发射分装弹药，弹头重40千克，弹种有破片弹、高爆破片弹，最大射程在10~12千米。新研制的破甲弹在1944年完成，这种炮弹可以击穿250毫米厚均质钢装甲，足以威胁“虎”、“豹”。不过D-15的缺点还是比较明显，战斗射速别指望有多快，而且弹药初速度只在500米/秒左右，弹道较弯曲，远距离射击对炮手技巧和运气都是考验。

设计师曾提出了一个折中的武器方案，武器更换为122毫米D-25坦克炮，也就是IS-2重型坦克上使用的那门长身管炮，突击炮的名字也重新命名为SU-D25，不过这个想法没有实施。

据称SU-D15的重量比SU-85重了1.5吨，这样算来其重量应该在31吨左右，车体正面倾斜焊接了45毫米轧制钢装甲，炮盾厚60毫米，车体两侧装甲也有45毫米，不过是垂直安装，车尾装甲厚40毫米。整体来看SU-D15和防护和SU-85处于同一水平。

SU-D15的动力为一台V-2-34柴油发动机，与SU-122是一样的，两者的重量相差不大，因此机动能力可能也差不多，最大行驶速度应该能达到50千米/小时。SU-D15因为火炮和弹药架占用了过多内部空间，油箱容量被大幅压缩，行程受到影响。设计师开发了一种凸耳零件，在越野时可以用螺栓间隔固定在履带板上，提高履带抓地力，这似乎是不错的设计。

SU-D15没有建造过原型车，委员会认为该车存在难以接受的缺陷，比如前部太重不利于越野，前负重轮悬挂负担太大易发生故障，车内空间小弹药携带量低。拒绝SU-D15还有一个更现实的原因，那就是苏联已经开始量产ISU-152重型自行火炮，再生产SU-D15除了浪费资源也没什么实际意义。