434號項目

434號項目把來自彼爾姆的第172武器廠的125毫米D-81T滑膛炮整合到坦克里。"這款主炮是T-62坦克使用的115毫米U-5TS滑膛炮的放大版，放大的結果是除了殺傷力增加以外，占用的車內空間也更多。

由於D-81T占用的空間太大，所以434項目樣車如果使用4乘員設計（也就是有填裝手）的話就只能攜帶25發炮彈：這樣少的載彈量是無法滿足蘇聯軍方的需求的。於是434項目決定沿用3乘員與自動裝彈機的設計，成為第一款裝備自動裝彈機的真正意義上的主戰坦克。434項目採用的6ETs10自動裝彈機能攜帶28發彈藥，最大射速達每分鐘8發，與2E23炮塔穩定器以及TPD-2-1（又稱1G15-1）觀瞄鏡配搭。為方便夜間行車，434項目樣車配備了TPN-1-43A紅外夜視潛望鏡，並在主炮左側安裝L2G紅外光探照燈作夜視系統照明。
434號項目原型車在經過從1966年到1967年的反覆測試後，決定在第600輛T-64下線後開始投產，並定名為T-64A在蘇軍服役。項目組首席設計師亞歷山大·莫洛佐夫因T-64A的設計成功獲1967年列寧獎（Ленинскаяпремия）。
T-64A坦克前部裝甲採用K型複合裝甲，材料構成由外至內分別為：鍛壓鋼板、陶瓷材料、高硬度鍛壓鋼板、強化玻璃纖維材料、陶瓷材料和防中子襯層。其中陶瓷材料層為剛玉陶瓷，內層鋼板的硬度遠大於外層，強化玻璃纖維材料則為裝甲提供較好的韌性，裝甲最外層有3~4條加強筋以及V型凸起，具備防浪、防彈和登車防滑功能。坦克其餘部分裝甲使用裝甲鋼板焊接而成。炮塔採用整體鑄造加頂部焊接工藝，同軸機槍射孔附近的炮塔壁厚約為400mm，主炮兩側的間隙裝甲中填有填料，頂裝甲板厚度約為40～80mm不等，炮塔側面裝甲厚120mm，後部裝甲厚90mm。
T-64A的炮塔比較矮小，呈圓卵形，安裝在車身中部，相比T-62全車高度低了110mm。由於沒有裝填手，因此炮塔內只有炮手、車長兩人，分別位於炮塔左右。炮塔內安裝一門D-81T式（又稱2A26式）125毫米滑膛炮，為單肉結構，採用橫楔滑動式炮閂。炮管較長，中央有用於排除膛內火藥氣體的圓筒形抽菸裝置，外部包有4段輕質金屬熱護套。發射常規彈時炮管壽命為600~800發，發射尾翼穩定脫殼穿甲彈則為280發。與D-81T搭配的6ETs10液壓自動裝彈機採用吊籃式結構，彈丸和藥筒均放在裝彈槽中，再一同裝進炮膛，射速約為6~8發/分。由於炮彈不是水平擺放，而是豎著排放在戰鬥室周圍，造成揚彈過程比較煩瑣，而遇到裝彈機故障時手動上彈則更麻煩。主炮右側安裝了一挺7.62毫米PKMT同軸機槍，彈帶供彈，射速650發/分鐘，有效射程1000米，備彈2000發。炮塔頂部的車長指揮塔旁則安裝了一挺12.7毫米NSVT防空機槍，彈鏈供彈，高-平兩用，具備360°旋轉能力，備彈300發。
車體兩側的擋泥板上加裝小型彈簧式裝甲板（又稱魚鰓式履帶側裙），以保護懸掛系統上半部分以及坦克兩側，但這些裝甲板很脆弱因此經常被坦克兵束之高閣。在生存能力上，T-64A內裝具備核生化防護能力的集體超壓式防護系統。由於主炮射擊時會造成封閉車體內氧氣含量劇減，因此T-64A還備有供氧設備，總供氧時間可達30分鐘。另外，T-64A的進出活門比T-64加寬了。炮塔前部有一些儲物空間：炮塔右側有一個儲物艙，左側有3個個人儲物箱。坦克排氣管則裝在炮塔後面。
為了進一步滿足精英部隊的需求，T-64A一進入部隊服役就馬不停蹄地開始升級改良計畫。在T-64A服役僅僅3年後，第一個改進型就出爐了。改進項目包括：
火控系統升級，用合像式測距的TPD-2-49炮手觀瞄潛望鏡替換原有的TPD-2-1，炮手瞄準夜視儀升級為TPN-1-49-23，同時炮塔穩定器升級為2E26穩定系統。
加裝R-123M電台設備
加裝駕駛員用TBN-4PA和車長用TPN-165A兩套夜視儀。
原有的NSVT12.7毫米防空機槍被移到車長指揮塔上，讓車長可以在不把身體暴露在車外也能通過電傳系統以及PZU-5瞄準鏡在車內操縱機槍，備彈300發。
具備安裝KMT-6反地雷系統的能力。
1973年，T-64A的指揮型T-64AK也投入現役。這款坦克搭載了一台R-130M電台以及10米長可伸縮天線。由於天線太長，因此只能在停車並有一定的偽裝措施下才能展開天線，另外也因為安裝天線的原因而卸下了原本配備的防空機槍。同時T-64AK還裝備了PAB-2AM炮兵指示器以及TNA-3導航儀。這些指揮系統由一台汽油輔助動力發動機提供能源。
到了1976年，武器系統又一次更新：主炮升級為同為125毫米的D-81TM式（又名2A46-1）滑膛炮，炮塔穩定器升級為2E28M2，自動裝彈機替換為6ETs10M。原有的夜視儀也更換為新式的TNPA-65夜視儀。配備的新式發動機能支持汽油、柴油、煤油三種燃料。
儘管自1980年T-64B投產後T-64A就馬上停產了，但這沒有阻止T-64A繼續改進的腳步。1981年，T-64A炮塔兩側各加裝一套81毫米902A式煙霧彈發射器，每套發射器備彈6發；同時原來脆弱的魚鰓式履帶側裙被更換為更耐用的橡膠側裙。到了1985年，部分T-64A坦克加裝了反應裝甲（類似T-64BV），也有部分坦克的觀瞄設備更換為更先進的TPD-K1雷射測距器。而T-64A的前身，共生產了600輛的T-64坦克，則在1977年到1981年間逐步升級為T-64R，除了保留原有的115毫米主炮以外，所有設備升級到T-64A的水平。由於T-64R設計目的是讓原有的T-64向T-64A靠攏，所以T-64R與T-64A外觀很像，尤其是重新設計的外部儲物空間和排氣管。