В НС-45 впервые в СССР на самолете был применен дульный тормоз, поглощавший до 85 % энергии отдачи. Конструктивно пушка НС-45 полностью повторяла аналогичную систему НС-37 - орудие с автоматикой короткого отката ствола, гидравлическими тормозами отката и наката и поршневым поворотным затвором. При разработке нового патрона к пушке НС-45 в ОКБ-16 был использован штатный осколочно-трассирующий снаряд от 45-мм патрона пушки 21-К  Патрон 45х186,  был создан на базе гильзы патрона 37х198, горловина которой была раздана до 45-мм калибра, а длина уменьшена.    Испытания  осуществлялись на самолете Як-9Т  Проводились они  с января по март 1944 года. В целом эти испытания признали успешными, хотя и были отмечены определенные недостатки. Во-первых установка подобного орудия несколько снижала характеристики самолета. Во-вторых прицельная стрельба фактически была возможно только одиночными выстрелами, в крайнем случае короткими очередями по 2-3 снаряда. А самая главная проблема это высокая отдача (около 7000 кг), которая оказывала негативное влияние на конструкцию самолета. В итоге было решено провести дополнительные войсковые испытания небольшой серии машин. Была построена партия из 53 самолетов.  Само орудие НС-45 было запущено в производство на заводе № 74. В целом результаты войсковых испытаний Як-9К оказались удовлетворительными. Но при этом надежность 45-мм пушки оказалось гораздо хуже чем у 37-мм изделия. Поэтому серийный выпуск Як-9К решили ограничить данной установочной партией. 10 сентября 1943 г. опытный экземпляр самолета Ил-2 АМ-38Ф с двумя крыльевыми пушками НС-45 с боезапасом по 50 патронов на ствол был предъявлен на государственные испытания в НИИ ВВС. Полигонные испытания Ила с 2хНС-45 проводились вплоть до 8 февраля 1945 года, подтвердив все вышеперечисленное. Прицельная стрельба по наземным целям оказалась невозможным из-за сильной вибрации пушки. Аналогичная ситуация, хотя и в меньшей степени, складывалась и 37-мм версией Ила, к тому времени снятого с производства, поэтому работа по оснащению штурмовика 45-мм пушками потеряла всякий смысл.

 1946 году был построен опытный самолет Ту-2Ш, вооруженный двумя пушками НС-45 и двумя пушками НС-37. Серийно Ту-2Ш не строился. С 30 декабря 1946 года по 3 октября 1947 года проходил летные испытания перехватчик и дальний истребитель сопровождения Ту-1  с двумя пушками НС-45 в носу. Из-за недоведенных двигателей работы по самолету были прекращены.