Нарезная гаубица 2А64 имеет раздельно-гильзовое заряжание. Стрельба ведется осколочно-фугасными снарядами (ОФС) ЗОФ45 (на дальность 24 700 м) в составе выстрелов ЗВОФ58, ЗВОФ72, ЗВОФ73 и активно-реактивными снарядами (АРС) ЗОФ61 (на дальность 28 900 м) в составе выстрела ЗВОФ91, кассетными снарядами типа 3023, содержащими 42 противотанковых суб-боеприпаса (дальность стрельбы 26 000 м), снарядами-постановщиками активных радиолокационных помех типа ЗНСЗО (на дальность 22 300 м), дымовыми снарядами-целеуказателями в составе выстрела ЗВДЦ8, а также спецбоеприпасами. Возможно использование и всех типов штатных боеприпасов Д-20 и 2СЗ, а также управляемых снарядов с лазерной подсветкой ЗОФ39 "Краснополь" в составе выстрела ЗВОФ64. Подсветка целей производится передовыми артиллерийскими наблюдателями с помощью приборов 1Д15 (ПП-3), 1Д20, 1Д22 или 1Д26. Наличие полуавтоматической системы заряжания облегчает работу экипажа и обеспечивает скорострельность до 7 - 8 выстрелов в минуту при использовании внутреннего боезапаса и до 6 - 7 выстрелов в минуту при подаче боеприпасов с грунта. Это означает, что батарея из восьми гаубиц посылает в минуту на цель до трех тонн снарядов. При стрельбе на максимальную дальность в воздухе одновременно будет находиться до 70 снарядов, прежде чем первый достигнет цели. Весь боекомплект расположен в башне. Он состоит из 50 выстрелов калибра 152 мм (стандартный набор - 20 ОФС и 30 АРС), а также 300 патронов для пулемета.


Первый из них имеет 3,7-кратное увеличение и автоматическую горизонтальную стабилизацию поля зрения при условии, что крен машины не превышает 5°. В походном положении прицел убирается за защитную шторку справа от него. Прицел 1 П23 увеличивает в 5,5 раза в пределах углов наведения от -4° до +55°. Привод 2Э46 гаубицы электрический: по вертикали - автоматически, по горизонтали - от пульта управления. Автоматическое восстановление угла возвышения после каждого выстрела упрощает работу наводчика. При стрельбе он выполняет только одну операцию - удерживает управляющим устройством панорамный прицел на точке прицеливания. В критических ситуациях командир машины имеет возможность самостоятельно наводить и стрелять из орудия, используя дублирующее оборудование. При отключении электропитания применяется резервная система ручного заряжания и наведения. Мста-С оснащена системой приема и передачи данных стрельбы 1 В 122 (проводной и радио) на расстояние до 500 м. Контроль за наведением и координацией взаимодействия батареи ведется машиной управления огнем - командирской или старшего офицера. Пулеметно-зенитная установка ПЗУ-5, предназначенная для самозащиты от легких бронированных машин, вертолетов и самолетов, аналогична применяемой на танках Т-64А/Б/БВ и Т-80УД. Управляется она дистанционно из башни.