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  在M4雪曼坦克進入標準化量產後,美軍軍備局便幾乎立刻投入下一代中戰車的研發。當時軍備局已經開始研製T14突擊坦克。新的研發計劃於1942年5月25日展開,最初的研發代號為M4X。軍備局當時研發出了三款不同的改進中型戰車的原型,分別是T20,T22及T23。三款戰車的主要差別在於傳動系統的不同。T20使用了液力變矩器,T22使用了一款與M4戰車傳動系統相似的5段變速機械傳動系統,而T23則使用了電動系統。三款戰車的傳動系統都被移往車體後方,省去了傳動軸與車體同長的困擾。M3及M4戰車即是因為傳動軸與車體同長,導致砲塔必須被安裝於更高的位置,從而加高了車體高度。  在每一種原型車系列中,不同的懸吊系統與武器裝備都被一一試驗過。舉例來說,T20採用了一種早期的水平螺旋彈簧懸吊系統(HVSS),這種懸吊系統稍後也被應用在M4A3型雪曼戰車上。而後來發展出來的T20E3則使用了扭力棒懸吊裝置。

  T20: 最初的原型車,使用福特GAN V8引擎、液力變矩器、液壓傳動系統與水平螺旋彈簧懸吊系統,武裝為一門76毫米M1戰車炮。  T20E1: 裝有一門75毫米自動裝彈主炮,使用水平螺旋彈簧懸吊系統。這個改型後來被取消,已生產的砲塔被用在T22E1上。  T20E2: 使用扭力棒懸吊裝置的版本,裝有一門3英寸主炮,其後被改為T20E3。  T20E3: T20E2的改型,武裝被更換為一門76毫米主炮。  上述所有的原型車中,只有T20和T20E3有被建造完成,其中T20E3是自T20E2原型車改良而來的。T20系列戰車被認為是一個不成功的研發計劃,傳動系統嚴重漏油及過熱的情況始終得不到解決。

  T22系列戰車都使用了與T20相同的福特GAN V8引擎及M4戰車型式的機械傳動系統。  T22: 使用水平螺旋彈簧懸吊系統,主炮為一門76毫米戰車炮。  T22E1: 使用水平螺旋彈簧懸吊系統,裝有一門75毫米自動裝彈主炮。  只有一輛T22被製造出來。T22E1是T22的改型,它安裝了原先製造給T20E1使用的砲塔。使用扭力棒懸吊裝置及3英寸主炮的T22E2始終沒有被製造出來。改造M4雪曼戰車傳動系統的計劃被證明太過麻煩,因此T22計劃最終被取消。研發期間,75毫米自動裝彈主炮曾被實地測試,結果表明該主炮最快可以達到每分鐘20發的射速,然而該炮依然在1944年12月被放棄使用,原因是它不太可靠,而且當時發展大口徑主炮已成為優先目標。

  T23系列同樣使用福特GAN V8引擎,並安裝電動傳動系統。  T23: 裝有一門76毫米主炮,使用垂直螺旋彈簧懸吊系統。  T23E3: 裝有一門76毫米主炮,並使用扭力棒懸吊系統。  如同T20及T22系列,T23計劃安裝75毫米自動裝彈主炮及3英寸主炮的版本從來沒有被製造過。即便如此,T23事實上是整個T20研發計劃裡第一款被完成設計並建造的戰車,並擁有相當優秀的機動性。美國政府於1943年5月訂購250輛T23時,並將該次採購歸類為「有限採購」,因此T23從來沒有進入標準化量產作業,也從來沒有發配給第一線部隊使用。生產型號使用了T80戰車的砲塔,後來也成為M4戰車的改造依據。T23未進入美軍服役的部分原因是它的傳動系統並未經過測試。除此之外糟糕的重量配置及過重的地面壓力也都是問題。為了解決這些問題,T23衍生出了另外兩個改型:採用扭力棒懸吊系統的T23E3,及使用垂直螺旋彈簧懸吊系統的T23E4。T23E4在設計完成前計劃就被取消了,但是仍有一輛原型車被製造出來,而且扭力棒懸吊系統的地面壓力被發現比T23少20%。

  嚴格來說,T21輕型戰車並不是T20系列戰車之一,但它與T20有著相當高的關聯。T21戰車原先是被提出來取代M3/M5斯圖亞特戰車的方案。它的最初設計是要使用T20戰車的機械構造,但裝甲減至30毫米,並安裝一門76毫米主炮,總重約24頓。然而因為它被認為太重,不適合歸類為輕戰車,計劃因此暫時擱置。最終T21計劃被T24計劃取代,而該計劃進入標準化量產後即成為日後的M24霞飛坦克。

  裝備了76毫米主炮及扭力棒懸吊系統,並擁有低矮車身,T20E3與T23E3的效能大約等同於裝備85釐米主炮的蘇聯T-34戰車及後期型的德國四號戰車。由於M4雪曼戰車漸趨過時,美軍軍備局在1943年7月時要求將T23E3與T20E3戰車標準化為M27及M27B1戰車並投入生產。然而這項要求被否決,因此沒有任何一個型號進入大規模生產。  否決原因主要是因為陸軍地面部隊司令部(英語:Army Ground Forces Command, AGF)並不認為M4戰車已經過時。他們的理由是雪曼戰車在北非及義大利戰役中的表現都相當出色,因此沒有替換的急迫必要。美軍這時已經遭遇到了德軍的虎式坦克與豹式戰車,但數量不多,而且陸軍地面部隊並不認為這兩種戰車會大量出現在戰場上。因此美國陸軍認為沒有必要中斷M4戰車的生產線去生產一種他們不需要的坦克。  再加上計劃中的M27將會安裝一門76毫米主炮;這樣的武裝遭到陸軍地面部隊反對,理由是他們認為這將鼓勵坦克組員跟蹤他們的敵人,而不是與之正面對決,這與美軍裝甲部隊的教條有所牴觸。而且現役的75毫米M3戰車炮所發射的反戰車高爆彈要比76毫米主炮發射的高爆彈來的有效許多。76毫米炮及90毫米炮被廣泛地安裝在驅逐戰車上,然而美軍坦克無法永遠避免與德軍坦克正面交戰,而75毫米M3戰車炮無法有效擊穿敵軍戰車的缺點在這樣的情況下便暴露無遺,嚴重影響美軍裝甲部隊在整場戰爭中的作戰效能。

  M27中型坦克的量產計劃被否決後,美軍軍備局持續研發新型戰車,並計劃安裝90毫米主炮。新的發展計劃最終研發出了T25系列—基本上就是T23戰車的放大版本—以及更大、防護更完善的T26。T26後來又發展為T26E3,最終以M26潘興坦克的名稱進入生產線,並在二戰末期進入軍隊中服役。
T20中型戰車(英語:T20 Medium Tank)是美國於第二次世界大戰期間所研製的一款的中戰車,計劃用於取代M4雪曼戰車。T20在經過長期發展後,衍生出M27中型坦克,並以這些開發基礎,最終發展出M26潘興坦克。