Танк был принят на вооружение в 1942 году и поступил на вооружение отдельных огнеметно-танковых батальонов (в каждом 10 танков КВ-8 и 11 танков ОТ-34) и отдельных огнеметно-танковых бригад РВГК (по 59 танков в каждой бригаде). Танк создан на базе линейного танка Т-34 выпуска 1942 года с установкой поршневого огнемета АТО-41 или АТО-42 в лобовом листе корпуса вместо курсового пулемета. Дальность огнеметания стандартной смесью составляла 60 -70 метров, при использовании спецсмеси — 90 - 100 м. Темп стрельбы из огнемета составлял 3 выстрела за 10 секунд. Во время наступательного боя огнеметные танки обычно двигались в линии с танками непосредственной поддержки пехоты. При необходимости огнеметания они выдвигались вперед и стрельбой из огнеметов подавляли огневые точки врага в амбразурах, выжигали пехоту в окопах, уничтожали бронетехнику. Всего было выпущено 1170 танков ОТ-34, в производстве они были заменены танком ОТ-34-85.
