Chiến tranh thế giới thứ hai là giai đoạn phát triển của pháo chống tăng tự hành. Những mẫu thiết kế rất đa dạng, từ những giải pháp tạm thời (như dòng pháo Marder của Đức Quốc xã) đến những thiết kế phức tạp và hiệu quả. Một ví dụ cụ thể là hai loại pháo chống tăng tự hành Marder III và Jagdpanzer 38 Hetzer. Cả hai đều được dựa trên cùng một khung gầm Panzer 38(t) , nhưng thiết kế của dòng pháo Marder đơn giản hơn, gắn một khẩu pháo chống tăng lên khung gầm của một dòng xe tăng đã lỗi thời. Mặt khác, dòng pháo chống tăng Hetzer hi sinh một phần hỏa lực để đổi lấy lớp giáp được thiết kế phức tạp nhưng hiệu quả, dễ ngụy trang trên chiến trường. Ở giai đoạn này, các học thuyết cũng như đặc điểm của PTHCT giữa các nước rất khác nhau.

Các mẫu PTHCT của Ba Lan

Hai loại pháo tự hành chống tăng đầu tiên của Ba Lan chính là mẫu TK3 và TKS[4] với pháo chính có cỡ nòng 20 mm và một mẫu khác có cỡ nòng 37 mm. Tuy nhiên hiệu quả của chúng trên chiến trường trước quân Đức xâm lược không cao (nếu không muốn nói là quá kém), khiến cho các dự án bị hủy bỏ.

Các mẫu PTHCT của Đức

Pháo chống tăng tự hành của Đức Quốc xã có thể được phân ra làm 2 dòng riêng biệt: Dòng Panzerjäger và dòng Jagdpanzer.

Loại pháo tự hành chống tăng đầu tiên được Đức phát triển là Panzerjäger I ("thợ săn tăng"), được trang bị pháo chống tăng Skoda 47 mm lắp trên khung gầm tăng Panzer I và được bọc giáp rất sơ sài, chỉ ở phía trước và 2 bên. Tương tự như Panzerjäger I, Marder II được thiết kế và lắp ráp dựa trên khung tăng Panzer II và trang bị một loại pháo có cỡ nòng 7.62 cm của Hồng Quân (sau này là pháo 7.5 cm Pak 40 của Đức). Mẫu cuối cùng của dòng này là Marder III[5] (hay còn được biết đến với tên gọi Marder 38t), với khung gầm tăng Panzer 38(t). Phiên bản cuối cùng của dòng Panzerjäger là Nashorn với pháo chống tăng 8.8 cm (3.46 inch) Pak 43/1.

Nếu như đặc điểm của dòng Panzerjäger là hi sinh một lượng lớn áo giáp để đổi lấy hỏa lực mạnh, thì dòng Jagdpanzer lại được trang bị một lớp giáp dày đáng kể so với xe tăng ở cùng thời kì. Một trong những thành công lớn nhất của dòng pháo chống tăng này là PTHCT Sturmgeschütz III (StuG III) với hơn 10000 chiếc được sản xuất. Được dựa trên khung gầm tăng Panzer III, vốn đã lỗi thời trước xe tăng T-34 và KV-1 của Liên Xô. Việc loại bỏ tháp pháo cho phép lắp đặt những loại súng có cỡ nòng lớn hơn, hiệu quả hơn khi đối đầu với xe tăng hạng nặng. giáp trước cũng được gia tăng đáng kể. Sự khác nhau lớn nhất giữa hai dòng PTHCT của Đức là lớp giáp dày bốn phía của dòng tăng Jadgpanzer. Cho phép kíp lái được an toàn trước vũ khí cầm tay của bộ binh.

Các phiên bản phát triển khác của sê ri PTHCT này gồm có: Jagdpanzer 38 "Hetzer", Sturmgeschütz IV, Ferdinand/Elefant, Jagdpanzer IV, Jagdpanther và Jagdtiger đều được trang bị các loại pháo có cỡ nòng từ 75–128 mm, bọc giáp nặng từ 60mm-200mm. Trong đó Jagdpanther và Jagdtiger là hai loại PTHCT được lắp ráp dựa trên khung của hai loại tăng nổi tiếng là Tiger II (tăng con cọp) và Panther (tăng con báo).Trong lịch sử thế chiến II, Jagdtiger là loại PTHCT được bọc giáp nặng nhất và có vũ khí được đánh giá là mạnh nhất.

Các mẫu PTHCT của Liên Xô

Giống như PTHCT dòng Jadgpanzer của Đức, các loại PTHCT của Liên Xô ("SU" hay "Samokhodnaya ustanovka") cũng được lắp trên khung tăng và không sử dụng tháp pháo. Tuy nhiên, các loại PTHCT của Liên Xô thường nhỏ gọn, đơn giản hơn, do đó quá trình chế tạo nhanh hơn của Đức nhưng vẫn có thể lắp được pháo chính nặng, có sức công phá cao. PTHCT SU-85 (trang bị pháo có cỡ nòng 85 mm) và SU-100 (trang bị pháo có cỡ nòng 100 mm) đều được lắp ráp trên khung tăng T-34. Giống như hai mẫu trên, ISU-122 (trang bị pháo có cỡ nòng 122 mm) và ISU-152(trang bị pháo có cỡ nòng 152 mm) cùng được lắp ráp trên khung tăng IS-2, có biệt danh "Zveroboy" (tạm dịch là "kẻ giết quái thú") vì thành tích tiêu diệt được các loại tăng và pháo tự hành hạng nặng của Đức như Tiger II, Panther, Elefant. ISU-152 được đánh giá là gần ngang bằng về cả sức chiến đấu, hỏa lực và lớp giáp bọc với Jagdtiger.Nòng pháo M-1937/43 của ISU-152 bắn ra loại đạn nặng có thể thổi tung giáp của bất cứ loại tăng nào của Đức.

Vào năm 1943, Liên Xô chế tạo thêm mẫu SU-76[6] dựa trên khung tăng T-70.Số SU-76 được dùng để hỗ trợ bộ binh và phá hủy các công trình quân sự[7].

Các mẫu PTHCT của Mỹ

Quan điểm về PTHCT của Hoa Kỳ và Anh khác với Đức và Liên Xô. Được xây dựng sau sư kiện Pháp thất thủ, học thuyết của Mỹ cho rằng các lực lượng quân Đồng Minh sẽ phải đối mặt với một lượng lớn xe tăng địch tấn công đồng loạt. Thay vì tấn công mặt đối mặt, chiến thuật đánh thúc sườn được chú trọng, do đó đòi hỏi PTHCT phải có tháp pháo. Bên cạnh đó, các tướng lãnh trong quân đội tin rằng việc thay đổi vị trí sau vài loạt đạn là cần thiết, nên các nhà thiết kế tập trung nâng cao tính cơ động cho các dòng pháo tự hành chống tăng của họ qua việc hi sinh một phần lớp giáp bảo vệ.PTHCT Mỹ được thiết kế để có thể hoạt động khá linh hoạt và được trang bị vũ khí hạng nặng. Khác với các loại PTHCT của Liên Xô và Đức, nhiều loại PTHCT của Mỹ sử dụng tháp pháo "hở", nhằm giảm bớt trọng lượng và lắp được pháo lớn hơn so với các tháp pháo "kín" của xe tăng thông thường. Một trong những mẫu PTHCT đầu tiên của Mỹ chính là M3 Half-track (xe tải bánh hơi kết hợp xích, trang bị pháo chính M1897 75mm). Mẫu thứ hai là Dodge 3/4 (được trang bị một khẩu pháo chống tăng 37mm).Tiếp theo là các mẫu 3in Gun Motor Carriage M10 "Wolverine", 90mm Gun Motor Carriage M36 "Jackson" và 76mm Gun Motor Carriage M18 "Hellcat".Trong đó mẫu M18 là thành công nhất vì nó di chuyển rất nhanh và trang bị pháo chính có cỡ nòng 76mm.

Trong tất cả các mẫu PTHCT của Mỹ, chỉ có M18 và M36 là có thể đối đầu với các loại PTHCT hạng nặng khác của Đức. Nhưng vì thiết kế tháp pháo hở và lớp giáp bọc còn quá mỏng khiến cho hai loại PTHCT này có thể bị phá hủy một cách dễ dàng. Thiết kế duy nhất của Mỹ về một loại PTHCT ko tháp pháo là T28, với ý định bẻ gãy phòng tuyến Siegfried của quân Đức.Thiết kế này sử dụng pháo 105mm T5E1, được bọc giáp rất nặng (tổng cộng lên đến 100 tấn). Tuy nhiên chiến tranh kết thúc trước khi chúng được đưa vào sản xuất hàng loạt.

Các mẫu PTHCT của Anh

Trong thời kì này, quân đội Anh đã phát triển một sê ri pháo chống tăng khá hiệu quả để trang bị cho thiết giáp của họ, bao gồm pháo 40mm QF 2 Pounder, pháo 57mm 6 Pounder. Nổi bật nhất là pháo 75mm QF 17 Pounder, được xem là một trong những loại pháo chống tăng hiệu quả nhất của thế chiến thứ 2. Tuy nhiên, do việc thiếu hụt tài nguyên cũng như không có một loại xe tăng phù hợp trong giai đoạn đầu của cuộc chiến, các nhà kĩ sư đã tìm cách lắp pháo này (QF 17 Pounder) lên các khung gầm tăng mà họ có. Điều này đã dẫn đến một loạt những thiết kế khác nhau.

Pháo tự hành chống tăng Archer, được dựa trên khung gầm tăng hạng nhẹ Valentine, là một trong số đó, với kiểu thiết kế khá giống với dòng PTHCT Marder của Đức. Điểm nổi bật là pháo được bố trí quay về phía sau, khiến tổ lái phải quay ngược xe lại nếu muốn giao tranh với địch. Điều đáng ngạc nhiên là kiểu thiết kế này tỏ ra khá hiệu quả. Chiều dài của xe được rút ngắn, giúp ngụy trang hiệu quả hơn. Bên cạnh đó, việc thoái lui sau khi giao tranh cũng khá dễ dàng.

Ngoài ra còn phiên bản 17pounder SP Achilles, là một biến thể đặc biệt của dòng PTHCT M10 "Wolverine", sử dụng pháo QF 17 Pounder (thay vì pháo 3inch gun M1 của Mỹ).

Một thiết kế khác của người Anh có nhiều điểm tương đồng với dòng Jadgpanzer của Đức và SU của Liên Xô là PTHCT Churchill 3 inch Gun Carrier, kết hợp khung gầm xe tăng hạng nặng Churchill với pháo 76.2mm QF 3-inch 20 cwt trong một khung hình hộp chữ nhật. Tuy nhiên không có chiếc nào được nhận vào biên chế do nhu cầu chống lại lực lượng tăng và thiết giáp Phát xít giảm dần về cuối cuộc chiến. Hơn nữa, một thiết kế khác, xe tăng Cruiser Mk VIII Challenger (sau này là Avenger), tỏ ra ưu việt hơn. PTHCT Tortoise (rùa cạn) là biến thể cuối cùng của dòng tăng này. Được trang bị pháo 94mm 32 Pounder và rất nhiều giáp, nhưng dòng PTHCT này cũng ko được nhận vào biên chế.