從坦克裝甲車輛誕生之日起，如何將其有效套用於配合步兵作戰一直是陸軍軍官們研究的重要課題。在第一次世界大戰期間，交戰雙方和各國的軍事觀察員就發現，步兵遇到經過精心構築的現代化堅固防禦工事體系時往往傷亡慘重，而在後方負責火力支援和壓制的遠端重型火炮往往精度較差，難以精確敲掉敵方隱蔽的工事和火力點。而當時剛剛出現在戰場上的新式兵器--坦克讓陸軍軍官們看到了解決這一問題的希望。當時技術還不成熟的坦克雖然表現較為一般，但陸軍軍官們已經看出了其在掩護步兵突破敵軍防線上所具有的重大軍事價值，認為坦克裝甲車輛是未來戰爭的重要角色。
一戰結束後，進入威瑪共和國時期的德軍軍官們總結了在戰場上得到的經驗教訓，於1927年提出要給步兵裝備自行火炮，這種自行火炮與在後方支援的傳統的機動式火炮不同，它被要求能直接與步兵一同沖鋒，在進攻敵軍防線時給步兵提供可靠的直接火力支援。德軍首先將在1918年的春季攻勢中表現優異的77毫米野戰炮裝上了民用的拖拉機底盤。隨後考慮到自行火炮要暴露在敵軍火力之下，為其安裝了裝甲防盾。這成為了德軍突擊炮最初的探索。
使用漢諾馬格W.D型民用拖拉機底盤、加裝一戰時期的FK 96nA型77毫米速射炮的實驗平台
隨著法西斯政權的上台，急於擴軍備戰的希特勒撕毀凡爾賽條約，徹底放開了協約國對其采取的軍備限制，大幅改組軍隊，同時鼓勵研制和生產新型坦克裝甲車輛。1935年，時任第八步兵師師長的國防軍上校曼施坦因向其上司：陸軍參謀總長路德維希·貝克將軍首次提出了「突擊炮」這一概念：「步兵師必須配備履帶型突擊炮，與步兵一同參與進攻之中，突擊炮的目標是敵軍碉堡，機槍陣地，反坦克炮以及其他障礙物。」曼施坦因的這一定義明確地將突擊炮與作為戰場裝甲突擊力量的坦克區別開來，明確了突擊炮的主要任務是掩護和配合步兵作戰。
弗裏茨·埃裏希·馮·曼施泰恩（1887-1973），德國陸軍元帥，其提出的突擊炮概念及其戰略戰術運用理論對三號突擊炮的誕生產生了深遠影響
曼施坦因的提案很快被采納，1936年6月15日，戴姆勒奔馳公司接到了軍方的命令，要求為其研制一款搭載75毫米火炮的步兵支援戰車。由於時間緊迫，作為III號坦克底盤和傳動裝置的主要生產商的奔馳公司在接到命令後，充分利用現有資源，很快就拿出了以III號坦克為基礎的突擊炮設計方案：該車采用裝甲戰鬥室，火炮橫向射界不小於25度，戰鬥室高度要超過德國適齡服役青年的平均身高。
在這樣的設計思路下，負責制造工作的阿爾卡特公司以III號坦克B型的底盤為基礎，於1937年試制了首批5輛三號突擊炮的原型車（三號突擊炮O型），其搭載了克虜伯公司設計和生產的短管75毫米kwk L/24榴彈炮（該炮同時也是IV號坦克早期型號的主炮），能夠在500米內擊穿40毫米鋼板，車身擁有全裝甲防護。三號突擊炮的設計工作受到了當時還是上校的華瑟·莫德爾的直接技術細節指導，莫德爾認為突擊炮可以采用無炮塔的固定戰鬥室設計，這樣能在搭載較大口徑的火炮的同時，也很大程度上降低了三突的車身高度，進而降低被敵方炮火擊中的概率。這樣的設計還極大地簡化了三突的整體結構，降低了生產難度和成本，更有利於大規模量產。
原本三突的原型方案是打算采用開放式車頂，後考慮到城市作戰或是上坡時，開放車頂容易使車組遭到攻擊，最終還是采用了全封閉戰鬥室。這5輛原型車在莫斯多夫，多布裏茲和其他試驗場進行了廣泛的測試。德軍認為這些以低碳鋼制造的原型車「O」型並不適合作戰，但其基本設計為三號突擊炮A型的誕生打下了基礎。
參與測試的三號突擊炮O型，這5輛原型車後改為訓練用車，一直使用到1942年
初露崢嶸：法國戰役中的三號突擊炮
1939年的波蘭戰役中，德軍裝甲部隊的閃電戰攻勢震驚了世界。然而與表現搶眼的坦克部隊相比，步兵則要悲催的多：他們要負責清理波軍剩下的碉堡和其他防禦工事。波蘭守軍在碉堡內的頑強抵抗給德軍步兵造成了相當大的麻煩，而德軍又缺乏突擊炮這樣的武器能直接抵近波軍工事射擊，於是在波蘭戰役結束不久，三號突擊炮專案的研發生產優先度就被迅速提升。
1940年1月，經過改進設計的首個三突量產型號--三號突擊炮A型下線並裝備給德軍，這批三突A型以三號坦克F型底盤和零件為基礎，其車體鼻板，炮盾和上層構造正面裝甲厚度增加到了50毫米，其正面裝甲足以抵禦當時主流的輕型反坦克炮。
1940年1月，從戴姆勒·奔馳公司下屬工廠下線的第一輛三號突擊炮A型
德軍使用首批30輛中的24輛三號突擊炮A型組建了第640，659，660和665突擊炮連，其中隸屬於大德意誌步兵團的640突擊炮連是首支裝備三突的步兵部隊。1940年5月，法國戰役爆發，第640突擊炮連跟隨大德意誌步兵團參加在法國境內的戰鬥。德軍步兵發現，有了突擊炮的支援，他們在面對殘留的守軍火力點時往往更加從容：突擊炮能開到離守軍防禦工事不遠的位置上射擊，步兵則趁機從旁接近，敲掉有可能威脅突擊炮的守軍牽引式反坦克炮。在德軍的強大攻勢之下，原本號稱「歐洲第一陸軍強國」的法國，僅用了不到三個月的時間便完全落入納粹德國之手。
1940年法國戰役中，大德意誌步兵團所屬第640突擊炮連裝備的三號突擊炮A型，大德意誌步兵團後擴編為師，在東線的戰鬥中表現出色，被德軍最高統帥部譽為「東線德軍消防隊」
阿爾卡特公司生產的第一輛三突B型，其更換了變速器和發動機，同時將履頻寬度從360mm加寬為380mm
德軍裝甲部隊和步兵部隊的指揮官經常會乘坐半履帶指揮車伴隨部隊作戰。然而，采用開放式車頂、防禦較差的半履帶指揮車在遭遇敵方反擊炮火時較難保證指揮官的生命安全。因此，部份指揮官直接將擁有全封閉戰鬥室、防禦效能較好的改進型三突E型加裝電台作為自己的指揮車，一邊指揮部隊一邊直接參與戰鬥。
三號突擊炮E型，其作為步兵或突擊炮部隊的指揮官車用來替代Sd.Kfz 253半履帶偵察觀測指揮車，其車身左右側各安裝了一個裝甲盒，裝甲盒內放置著額外的無線電器材和機槍彈藥，指揮車型上層車體後部加裝兩個無線電收發天線。根據實戰經驗，三突E型還首次加裝了MG34車載機槍，以應對接近的敵軍步兵
長身管火炮登場：三號突擊炮的火力升級
1941年6月，德軍開始執行巴巴羅薩計劃，對蘇聯發起大規模進攻。然而，在面對當時數量還較少的T-34/76和蘇軍的KV系列重型坦克時，德軍裝甲部隊的主力戰車：III號和IV號坦克都缺乏能有效對抗蘇軍新型坦克的能力。當時參加進攻蘇聯的德軍三號突擊炮由於裝備的都是短身管榴彈炮，攜帶的彈藥也都是用於對付蘇軍固定工事的高爆彈，對付蘇軍新型坦克時顯然力不從心。而德軍步兵指揮官們也很快發現，在廣闊的蘇聯國土上，對步兵帶來更大威脅的並不是工事和碉堡，而是蘇軍坦克。
1941年7月，在蘇聯境內作戰的一輛三突D型，面對蘇軍的T-34等新式坦克，只有短管榴彈炮的三突顯得有些手足無措（三突：我本職是打碉堡的啊，總不可能讓我念兩句詩就去打坦克吧）
德軍從戰爭爆發前就有給三突加裝長身管火炮的計劃，以期讓三突擁有反坦克能力。1940年，克虜伯公司開發了新型的長管75毫米炮。然而隨著東線戰場上T-34危機的到來，德軍透過評估發現克虜伯公司的75毫米炮很難有效擊毀T-34，最終德軍轉向了由萊茵金屬公司開發的StuK40 L/43型75毫米長身管火炮。L/43型75毫米炮使用的PzGr39型穿甲彈重6.8公斤，理論射速初速為770米/秒，在500米距離上能擊穿30度傾角、厚91毫米的鋼板，在1000米距離上能擊穿30度傾角、82毫米厚的鋼板。
StuK40 L/43型75毫米長身管火炮
德軍對這款火炮十分滿意，當即在正在生產的IV號坦克和三號突擊炮上換裝L/43型75毫米炮，分別稱為IV號F2型和三號突擊炮F型。1942年3月，三突F型開始投入生產，至當年9月共生產了359輛F型，其中後期生產的31輛換裝改進型的StuK 40 L/48型75毫米炮，穿甲威力進一步提升（在相同的30度傾角下，500米距離上能擊穿96毫米的裝甲板，1000米距離上能擊穿85毫米厚的裝甲板），後來的F/8型則將L/48型炮作為了標準主炮，同時將正面裝甲加厚至80毫米，為後來著名的三突G型打下了良好基礎。在1942年9月的史太林格勒戰役期間，由軍士長庫特·普弗瑞德納指揮的第244突擊炮營的一輛三號突擊炮F型在短短20分鐘內擊毀了9輛包括T-34在內的蘇軍坦克，軍士長本人因為這一優異戰績被授予騎士十字勛章，三突F型的反裝甲能力得到了初步證明。
1942年4月，剛剛擴編為師的「大德意誌」師裝備的三號突擊炮F型，裝備該師特別編制的1個突擊炮營
少戰中歷史組駕駛的便是一輛三突F型，其早期過於作死的塗裝完全抵消了三突的隱蔽優勢
三號突擊炮F/8型，共生產了334輛
一輛德軍的Sd.Kfz 252半履帶裝甲車正在為一輛三突F/8型補給彈藥
在讓手中的三號突擊炮擁有反坦克能力的同時，德軍也在繼續開發為步兵攻堅戰提供火力支援的三突型號，1941年年中，德軍將105毫米le.FH.18型榴彈炮裝上了三突，即三號突擊榴彈炮42型。9輛105毫米突擊榴彈炮於當年11月首次參加了德軍對列寧格勒的封鎖包圍戰。德軍步兵對42型的表現十分滿意，認為其是「步兵參與攻堅戰時必不可少的武器」。
裝備105毫米榴彈炮的三號突擊榴彈炮42型，如今保存在德國辛斯海姆汽車和技術博物館內
