В январе 1940 года в войска стал поступать 120-мм полковой миномёт обр. 1938 г.
       Миномёт имел отделяемый колёсный ход, дающий возможность буксировки четвёркой лошадей или грузовиком (с ограничением скорости из-за простой жёсткой подвески), или же погрузкой в кузов. Тот же колёсный ход позволял перекатывать миномёт силами расчета, что было необычно для артсистемы такой мощности.
       Выстрел производился накалыванием капсюля под весом мины, или же с помощью спускового механизма — в целях безопасности при стрельбе мощными зарядами. Заряд размещался в xвостовике мины. Для увеличения дальности существовали дополнительные заряды в матерчатых картузах, крепившиеся вручную на хвостовик.
      Масса миномёта в боевом положении — 275 кг. Скорострельность достигала 15 выстрелов в минуту. Максимальная дальность стрельбы — 5900 м, минимальная — 460 м.
       К 120-мм миномёту была создана широкая номенклатура боеприпасов. Основной считалась 15,9 кг осколочно-фугасная мина, содержащая 1,58 кг тротила. Имелась так же 120-мм мина «большой емкости». Вес такой мины составлял 27 кг, а вес взрывчатого вещества (8 кг) в два раза превышал вес взрывчатого вещества в обычной 120-мм мине. В грунте средней плотности такая мина делала воронку глубиной 1,5 м и диаметром 4,0 м. Кроме осколочно-фугасных выпускались осветительные, дымовые и зажигательные мины разных типов.
       К 1941 году каждая стрелковая дивизия имела в своем составе по 12 120-мм полковых минометов (по батарее из 4 минометов в стрелковом полку). На 1 июня 1941 года Красная Армия имела на вооружении около трёх тысяч 120-мм миномётов.
       Уже первые бои показали, что мощный 120-мм миномет является не только “оружием ближнего боя”, как гласили наставления, но и ценным огневым средством пехоты, особенно при нехватке артиллерии. Полковые миномёты не только уничтожали живую силу врага и разрушали его укрепления, но и неоднократно участвовали в отражении танковых атак. Конечно, прямое попадание из миномёта в танк маловероятно, но при близком разрыве 15,9 кг мины, её тяжелые осколки способны пробить бортовую 30-мм броню и разворотить ходовую часть немецких средних танков PzKpfw III и PzKpfw IV. В случае же прямого попадания верхний броневой лист танка, как правило, проламывался. После попадания под массированный обстрел мощными 120-мм минами нервы немецких танкистов часто не выдерживали, и танки поворачивали назад.
       Советские полковые миномёты были по достоинству оценены противником, несколько сотен трофейных 120-мм миномётов состояли в вермахте на вооружении под обозначением GrW 378(r).
       Немецкий клон миномёта обр. 1938 года, пущенный в массовое производство в начале 1943 года после изучения советских трофейных образцов и трофейной документации, стоял на вооружении Вермахта под наименованием 12-cm Granatwerfer 42. Боеприпасы были взаимозаменяемы, чем противоборствующие стороны успешно пользовались.
       Несмотря на то, что 120-мм мина уступала по весу 122-мм гаубичному снаряду (15,9 кг против 21,76 кг) эффективность осколочного действия отвесно падающей мины была значительно выше. При разрыве снаряда около половины осколков уходили в небо или в грунт.
       После начала войны, для восполнения огромных потерь выпускался упрощённый и без колёсного хода 120-мм миномёт обр. 1941 г.
Проведенные сравнительные испытания упрощенного миномета со штатным обр. 1938 г. показали, что упрощенный миномет по боевым характеристикам не уступает штатному, а по некоторым показателям даже превосходит его.
Запуск в производство миномета в конце 1941 года позволил на том же оборудовании увеличить выпуск минометов в 1,8 раза. Трудоемкость изготовления была сокращена почти вдвое, расход материалов – на 26%.
В 1943 году конструкторский коллектив серийного завода под руководством А. А. Котова провёл модернизацию конструкции, и на вооружение был принят 120-мм полковой миномёт образца 1943 года.
       Опытом боевого использования обусловлено и другое изменение конструкции ствола — на его дульной части был установлен предохранитель от двойного заряжания. Дело в том, что хорошо натренированный расчет может вести из миномета огонь с очень высокой скорострельностью. Известный расчет миномета, составленный из братьев Шумовых, стрелял так, что в воздухе одновременно находились восемнадцать мин. Это означает, что когда на позициях противника разрывается первая мина, в ствол опускается двадцатая мина, а восемнадцать уже летят на врага.
       При таком темпе стрельбы в войсках бывали случаи, когда на оставшуюся в стволе в результате осечки мину опускалась другая. Взрыв двух мин означал неминуемую гибель расчета. В течение длительного времени такие потери относили к прямому попаданию вражеского снаряда, пока один из чудом оставшихся в живых командиров расчета не рассказал о случае двойного заряжания. Для минометов калибра 82-мм и 120-мм была срочно разработана конструкция предохранителя, металлический флажок которого препятствует опусканию в канал ствола миномета второй мины. 120-мм миномет образца 1943 года выпускался уже с таким предохранителем.
       120-мм полковые миномёты отлично зарекомендовали себя на фронте, но после захвата Красной Армией стратегической инициативы и перехода к наступательным операциям, для разрушения долговременных оборонительных сооружений потребовался более мощный миномёт.