В 1931 г. Н.И. Дыренковым был разработан проект модернизации вооружения танка БТ за счет установки 37-мм пушки во вращающейся башне и 76,2-мм пушки — в лобовом листе корпуса машины. Проект не был принят из-за малых размеров боевого отделения, неудачной конструкции агрегатов трансмиссии и приводов к двум парам задних ведущих колес.

Второй вариант модернизации колесно-гусеничного танка БТ конструкции Н.И. Дыренкова оказался более удачным. Танк, получивший название Д-38, был разработан в конце 1931 — начале 1932 гг. Ведущим инженером машины был Н. Гуленко. В январе 1932 г. был изготовлен опытный образец, причем гусеницы на нем были заимствованы от второго закупленного танка «Кристи» М.1940, который находился в бюро на исследовании. Машина отличалась от серийного танка БТ-2 установкой вооружения и конструктивными изменениями корпуса, связанными с установкой новой башни. Были разработаны два варианта башни: сварная из плоских броневых листов и куполообразная, штампованная.

В качестве основного оружия на машине, согласно техническому проекту, предполагалось установить две пушки: 37-мм танковую и 76,2-мм противоштурмовую пушку «Гарфорда». Однако в ходе опытно-конструкторских работ был изготовлен деревянный макет башни с установкой одной 76,2-мм противоштурмовой пушки. В отличие от макета, на опытном образце танка была использована 76,2-мм пушка ПС-3 (полковая пушка обр. 1927 г. с укороченным откатом), которая устанавливалась в цапфах на станине, приваренной к башне и имела максимальный угол возвышения 25°. Для ведения прицельной стрельбы использовался удлиненный телескопический танковый прицел обр. 1930 г., для которого в броне башни было сделано специальное окно. Подъемный механизм был сохранен от полковой пушки. Бронировка орудия на машине не устанавливалась. Справа от пушки автономно размещался 7,62-мм пулемет ДТ. Боекомплект состоял из 50 выстрелов к пушке и 2700 патронов к пулемету.

25 марта 1932 году пушка ПС-3, установленная в башне конструкции Дыренкова на танке БТ, была испытана стрельбой. Стрельба из орудия производилась при закрепленной в определенном направлении башни. Всего было сделано 50 выстрелов, причем 9 из них — при незакрепленной башне.

Танк боевой массой 11,5 т развивал максимальную скорость движения на колесном ходу до 90 км/ч, на гусеницах — до 60 км/ч и имел запас хода по шоссе соответственно 200 и 120 км.