Ствол пушки состоит из трубы, скрепленной в каморной части кожухом, казенника с обоймой и механизма продувания канала. Затвор полуавтоматический горизонтальный клиновой. Полуавтоматика механическая, пружинного типа. В противооткатные устройства входят гидравлический тормоз отката и гидропневматический накатник. Цилиндры тормоза отката и накатника закреплены в обойме казенника и при выстреле откатываются вместе со стволом.
Дальность стрельбы из пушки с помощью телескопического прицела составляет: для подкалиберного снаряда — 4000 м; для кумулятивного и осколочно-фугасного — 3000 м. С помощью бокового уровня дальность выстрела кумулятивным и осколочно-фугасным снарядами при угле возвышения пушки +16° достигает 5800 м, а осколочно-фугасным снарядом увеличенной дальности 3ОФ18 — 9500 м. При применении ночного прицела дальность стрельбы всеми типами снарядов — 800 м.
Дальность прямого выстрела при высоте цели 2 м составляет: подкалиберным снарядом — 1870 м; кумулятивным — 990 м; осколочно-фугасным — 970 м.
Горизонтальный угол обстрела из пушки и спаренного пулемета равен 360°, угол возвышения +16°, склонения -6°. Непоражаемое пространство перед танком: для пушки — 20 м, для пулемета — 19 м. Прицельная скорострельность при стрельбе с места — 4 выстр./мин. Спусковой механизм пушки состоит из электрического и механического (ручного) спусков. Рычаг электроспуска смонтирован на рукоятке маховика подъемного механизма.
Стрельба из пушки и спаренного пулемета осуществляется с помощью телескопического шарнирного монокулярного прицела со сменным увеличением ТШ2Б-41 (на танках поздних выпусков — ТШС-41У) и электронно-оптического монокулярного перископического ночного прицела ТПН-1-41-11. В качестве источника инфракрасного света для последнего используется прожектор Л-2Г с ИК-фильтром. Для стрельбы с закрытых позиций применяются боковой уровень и азимутальный указатель.
На боевых машинах, выпускавшихся с 1972 года, на турели люка заряжающего устанавливался 12,7-мм зенитный пулемет ДШКМ обр. 1938/46 г.
На танках ранних выпусков установлен электрогидравлический стабилизатор «Метеор», на последующих — «Метеор М» и «Метеор М1»; их характеристики практически одинаковы. «Метеор» имеет электронику на лампах, а «Метеор М» и «Метеор М1» — на транзисторах. Стабилизатор обеспечивает угловые скорости наведения пушки в горизонтальной плоскости от 0,07 до 16 град/с и в вертикальной — от 0,07 до 4,5 град/с.
Боекомплект пушки У-5ТС состоит из 40 унитарных выстрелов с бронебойно-подкалиберными, кумулятивными и осколочно-фугасными снарядами. Выстрелы размещены в специальных укладках в корпусе и башне танка: 16 — в двух баках-стеллажах в носовой части корпуса; 20 — в стеллажной укладке у перегородки силового отделения; 2 — с помощью хомутиковых укладок крепятся по бортам корпуса танка; 2 — в хомутиковой укладке на борту башни. Все боеукладки рассчитаны на размещение выстрелов с любым типом снаряда, за исключением хомутиковой укладки на правом борту башни, которая приспособлена только под выстрелы с бронебойно-подкалиберными снарядами.
Для всех выстрелов пушки У-5ТС используются одинаковые гильзы: стальная 4Г9 массой 7,95 кг или латунная 4Г10А массой 8,45 кг. Выстрелы с подкалиберными снарядами комплектуются только латунными гильзами, как более надежными.
Баки-стеллажи (а — левый; б — правый):
1 — корпус бака; 2 — патрубок для соединения с передним топливным баком; 3 — патрубок для сообщения с атмосферой переднего топливного бака; 4 — пробка заправочной горловины; 5 — патрубок для соединения с клапаном выпуска воздуха; 6 — патрубок для соединения с атмосферой наружных топливных баков; 7 — ручка; 8 — защелка для крепления артвыстрела; 9 — опоры-качалки для крепления артвыстрелов; 10 — гнезда для артвыстрелов; 11 — патрубок для соединения со средним топливным баком; 12 — патрубок для соединения с топливораспределительным краном.