从坦克装甲车辆诞生之日起，如何将其有效应用于配合步兵作战一直是陆军军官们研究的重要课题。在第一次世界大战期间，交战双方和各国的军事观察员就发现，步兵遇到经过精心构筑的现代化坚固防御工事体系时往往伤亡惨重，而在后方负责火力支援和压制的远程重型火炮往往精度较差，难以精确敲掉敌方隐蔽的工事和火力点。而当时刚刚出现在战场上的新式兵器--坦克让陆军军官们看到了解决这一问题的希望。当时技术还不成熟的坦克虽然表现较为一般，但陆军军官们已经看出了其在掩护步兵突破敌军防线上所具有的重大军事价值，认为坦克装甲车辆是未来战争的重要角色。
一战结束后，进入魏玛共和国时期的德军军官们总结了在战场上得到的经验教训，于1927年提出要给步兵装备自行火炮，这种自行火炮与在后方支援的传统的机动式火炮不同，它被要求能直接与步兵一同冲锋，在进攻敌军防线时给步兵提供可靠的直接火力支援。德军首先将在1918年的春季攻势中表现优异的77毫米野战炮装上了民用的拖拉机底盘。随后考虑到自行火炮要暴露在敌军火力之下，为其安装了装甲防盾。这成为了德军突击炮最初的探索。
使用汉诺马格W.D型民用拖拉机底盘、加装一战时期的FK 96nA型77毫米速射炮的实验平台
随着法西斯政权的上台，急于扩军备战的希特勒撕毁凡尔赛条约，彻底放开了协约国对其采取的军备限制，大幅改组军队，同时鼓励研制和生产新型坦克装甲车辆。1935年，时任第八步兵师师长的国防军上校曼施坦因向其上司：陆军参谋总长路德维希·贝克将军首次提出了「突击炮」这一概念：「步兵师必须配备履带型突击炮，与步兵一同参与进攻之中，突击炮的目标是敌军碉堡，机枪阵地，反坦克炮以及其他障碍物。」曼施坦因的这一定义明确地将突击炮与作为战场装甲突击力量的坦克区别开来，明确了突击炮的主要任务是掩护和配合步兵作战。
弗里茨·埃里希·冯·曼施泰因（1887-1973），德国陆军元帅，其提出的突击炮概念及其战略战术运用理论对三号突击炮的诞生产生了深远影响
曼施坦因的提案很快被采纳，1936年6月15日，戴姆勒奔驰公司接到了军方的命令，要求为其研制一款搭载75毫米火炮的步兵支援战车。由于时间紧迫，作为III号坦克底盘和传动装置的主要生产商的奔驰公司在接到命令后，充分利用现有资源，很快就拿出了以III号坦克为基础的突击炮设计方案：该车采用装甲战斗室，火炮横向射界不小于25度，战斗室高度要超过德国适龄服役青年的平均身高。
在这样的设计思路下，负责制造工作的阿尔卡特公司以III号坦克B型的底盘为基础，于1937年试制了首批5辆三号突击炮的原型车（三号突击炮O型），其搭载了克虏伯公司设计和生产的短管75毫米kwk L/24榴弹炮（该炮同时也是IV号坦克早期型号的主炮），能够在500米内击穿40毫米钢板，车身拥有全装甲防护。三号突击炮的设计工作受到了当时还是上校的瓦尔特·莫德尔的直接技术细节指导，莫德尔认为突击炮可以采用无炮塔的固定战斗室设计，这样能在搭载较大口径的火炮的同时，也很大程度上降低了三突的车身高度，进而降低被敌方炮火击中的概率。这样的设计还极大地简化了三突的整体结构，降低了生产难度和成本，更有利于大规模量产。
原本三突的原型方案是打算采用开放式车顶，后考虑到城市作战或是上坡时，开放车顶容易使车组遭到攻击，最终还是采用了全封闭战斗室。这5辆原型车在莫斯多夫，多布里兹和其他试验场进行了广泛的测试。德军认为这些以低碳钢制造的原型车「O」型并不适合作战，但其基本设计为三号突击炮A型的诞生打下了基础。
参与测试的三号突击炮O型，这5辆原型车后改为训练用车，一直使用到1942年
初露峥嵘：法国战役中的三号突击炮
1939年的波兰战役中，德军装甲部队的闪电战攻势震惊了世界。然而与表现抢眼的坦克部队相比，步兵则要悲催的多：他们要负责清理波军剩下的碉堡和其他防御工事。波兰守军在碉堡内的顽强抵抗给德军步兵造成了相当大的麻烦，而德军又缺乏突击炮这样的武器能直接抵近波军工事射击，于是在波兰战役结束不久，三号突击炮项目的研发生产优先度就被迅速提升。
1940年1月，经过改进设计的首个三突量产型号--三号突击炮A型下线并装备给德军，这批三突A型以三号坦克F型底盘和零件为基础，其车体鼻板，炮盾和上层构造正面装甲厚度增加到了50毫米，其正面装甲足以抵御当时主流的轻型反坦克炮。
1940年1月，从戴姆勒·奔驰公司下属工厂下线的第一辆三号突击炮A型
德军使用首批30辆中的24辆三号突击炮A型组建了第640，659，660和665突击炮连，其中隶属于大德意志步兵团的640突击炮连是首支装备三突的步兵部队。1940年5月，法国战役爆发，第640突击炮连跟随大德意志步兵团参加在法国境内的战斗。德军步兵发现，有了突击炮的支援，他们在面对残留的守军火力点时往往更加从容：突击炮能开到离守军防御工事不远的位置上射击，步兵则趁机从旁接近，敲掉有可能威胁突击炮的守军牵引式反坦克炮。在德军的强大攻势之下，原本号称「欧洲第一陆军强国」的法国，仅用了不到三个月的时间便完全落入纳粹德国之手。
1940年法国战役中，大德意志步兵团所属第640突击炮连装备的三号突击炮A型，大德意志步兵团后扩编为师，在东线的战斗中表现出色，被德军最高统帅部誉为「东线德军消防队」
阿尔卡特公司生产的第一辆三突B型，其更换了变速器和发动机，同时将履带宽度从360mm加宽为380mm
德军装甲部队和步兵部队的指挥官经常会乘坐半履带指挥车伴随部队作战。然而，采用开放式车顶、防御较差的半履带指挥车在遭遇敌方反击炮火时较难保证指挥官的生命安全。因此，部分指挥官直接将拥有全封闭战斗室、防御性能较好的改进型三突E型加装电台作为自己的指挥车，一边指挥部队一边直接参与战斗。
三号突击炮E型，其作为步兵或突击炮部队的指挥官车用来替代Sd.Kfz 253半履带侦察观测指挥车，其车身左右侧各安装了一个装甲盒，装甲盒内放置着额外的无线电设备和机枪弹药，指挥车型上层车体后部加装两个无线电收发天线。根据实战经验，三突E型还首次加装了MG34车载机枪，以应对接近的敌军步兵
长身管火炮登场：三号突击炮的火力升级
1941年6月，德军开始执行巴巴罗萨计划，对苏联发起大规模进攻。然而，在面对当时数量还较少的T-34/76和苏军的KV系列重型坦克时，德军装甲部队的主力战车：III号和IV号坦克都缺乏能有效对抗苏军新型坦克的能力。当时参加进攻苏联的德军三号突击炮由于装备的都是短身管榴弹炮，携带的弹药也都是用于对付苏军固定工事的高爆弹，对付苏军新型坦克时显然力不从心。而德军步兵指挥官们也很快发现，在广阔的苏联国土上，对步兵带来更大威胁的并不是工事和碉堡，而是苏军坦克。
1941年7月，在苏联境内作战的一辆三突D型，面对苏军的T-34等新式坦克，只有短管榴弹炮的三突显得有些手足无措（三突：我本职是打碉堡的啊，总不可能让我念两句诗就去打坦克吧）
德军从战争爆发前就有给三突加装长身管火炮的计划，以期让三突拥有反坦克能力。1940年，克虏伯公司开发了新型的长管75毫米炮。然而随着东线战场上T-34危机的到来，德军通过评估发现克虏伯公司的75毫米炮很难有效击毁T-34，最终德军转向了由莱茵金属公司开发的StuK40 L/43型75毫米长身管火炮。L/43型75毫米炮使用的PzGr39型穿甲弹重6.8公斤，理论射速初速为770米/秒，在500米距离上能击穿30度倾角、厚91毫米的钢板，在1000米距离上能击穿30度倾角、82毫米厚的钢板。
StuK40 L/43型75毫米长身管火炮
德军对这款火炮十分满意，当即在正在生产的IV号坦克和三号突击炮上换装L/43型75毫米炮，分别称为IV号F2型和三号突击炮F型。1942年3月，三突F型开始投入生产，至当年9月共生产了359辆F型，其中后期生产的31辆换装改进型的StuK 40 L/48型75毫米炮，穿甲威力进一步提升（在相同的30度倾角下，500米距离上能击穿96毫米的装甲板，1000米距离上能击穿85毫米厚的装甲板），后来的F/8型则将L/48型炮作为了标准主炮，同时将正面装甲加厚至80毫米，为后来著名的三突G型打下了良好基础。在1942年9月的斯大林格勒战役期间，由军士长库特·普弗瑞德纳指挥的第244突击炮营的一辆三号突击炮F型在短短20分钟内击毁了9辆包括T-34在内的苏军坦克，军士长本人因为这一优异战绩被授予骑士十字勋章，三突F型的反装甲能力得到了初步证明。
1942年4月，刚刚扩编为师的「大德意志」师装备的三号突击炮F型，装备该师特别编制的1个突击炮营
少战中历史组驾驶的便是一辆三突F型，其早期过于作死的涂装完全抵消了三突的隐蔽优势
三号突击炮F/8型，共生产了334辆
一辆德军的Sd.Kfz 252半履带装甲车正在为一辆三突F/8型补给弹药
在让手中的三号突击炮拥有反坦克能力的同时，德军也在继续开发为步兵攻坚战提供火力支援的三突型号，1941年年中，德军将105毫米le.FH.18型榴弹炮装上了三突，即三号突击榴弹炮42型。9辆105毫米突击榴弹炮于当年11月首次参加了德军对列宁格勒的封锁包围战。德军步兵对42型的表现十分满意，认为其是「步兵参与攻坚战时必不可少的武器」。
装备105毫米榴弹炮的三号突击榴弹炮42型，如今保存在德国辛斯海姆汽车和技术博物馆内
