В 1933 г. фирмам Круппа и "Райнметалл" было предложено изготовить по два опытных образца 10,5-см зенитной пушки. Сравнительные испытания прошли в 1935 г., а в 1936 г. 10,5-см пушка фирмы "Райнметалл" (изделие 38) была признана лучшей и запущена в серийное производство под наименованием 10,5 cm Flak 38. 10,5-см пушка Flak 38 первоначально имела электрогидравлические приводы наведения (на постоянном токе), те же, что у 8,8-cm Flak 18 и 36, но в 1936 г. была введена система UTG 37 (на переменном токе промышленной частоты), использовавшаяся на 8,8-cm Flak 37. Одновременно был введен ствол со свободной трубой. Модернизированная таким образом система получила наименование 10,5 cm Flak 39. Для увеличения эффективного потолка стрельбы 10,5-cm зенитных пушек был создан 10,5-см осколочный активно-реактивный снаряд. Дульная скорость его составляла 800 м/с, а затем реактивный двигатель разгонял его до 1150 м/с. Однако окончание войны не дало запустить активно-реактивные снаряды в массовое производство. Аналогичные активно-реактивные снаряды были созданы и для 12,8-см пушки Flak 40. Но и тут дело не пошло дальше выпуска опытной партии. Говоря о технических новинках в устройстве зенитных снарядов, следует отметить и создание высокочастотных радиовзрывателей, действие которых основано на эффекте Доплера. Так, например, радиовзрывателями занимались фирмы "Донаулэндише Аппаратебау" в Вене (взрыватель " Какаду") и "Блаупункт- Верке" в Берлине (взрыватель "Трихтэр"). В момент пролета мимо цели такие взрыватели срабатывали, когда расстояние между снарядом и целью становилось минимальным. Радиовзрыватели использовались как в артиллерийских зенитных снарядах, так и в опытных образцах зенитных управляемых ракет. Поражение Германии не дало возможности запустить снаряды с радиовзрывателями в массовое производство. 10,5-см Flak 38 и 39 оставались в производстве всю войну, несмотря на то что по своим баллистическим характеристикам 8,8-см орудия Flak 41 почти сравнялось с ними.

10,5-см зенитные пушки Flak 38 и 39 состояли только на вооружении люфтваффе. К началу войны в войсках было 64 орудия.

Ствол 10,5-см Flak 39 имел свободную трубу, состоявшую из трех частей: камерной, средней и дульной. Каморная и средняя части соединялись в переднем конце каморы, и стык между ними перекрывался гильзой. Средняя и дульная части трубы соединялись в нарезной части канала, И стык между ними не перекрывался. Части свободной трубы собирались в оболочке или сборной трубе и поджимались гайками. Достоинством составной трубы была возможность замены одной только средней части, наиболее подверженной разгару, Пушка имела полуавтоматический клиновой затвор. Полуавтоматика механического типа, взводилась при накате. Гидравлический тормоз отката веретенного типа с постоянной длиной отката и гидропневматическим накатником. Уравновешивающий механизм пружинный, тянущего типа. 10,5-см орудия обр. 38 и 39 были полностью автоматическими. Механизмы наведения, подачи и установка взрывателя имели приводы от электромоторов.

Четырехорудийная батарея 10,5-см пушек имела специальный бензиновый двигатель, приводивший в действие генератор постоянного тока напряжением 220 В и мощностью 24 кВт. Генератор подавал питание к электромоторам, установленным на пушках. На каждом орудии было 4 электромотора: вертикального наведения, горизонтального наведения, досылателя и автоматического установщика взрывателя. В пушках Flak 39 электромоторы были переведены на переменный ток, чтобы иметь возможность подключаться к городской сети. Нормальный расчет состоял из командира отделения и 9 человек прислуги плюс 2 человека при заряжании вручную.

Пушки обр. 38 и 39 были первыми немецкими зенитными орудиями, к приборам управления огнём которых подключили радиолокаторы SCR-584. Как и все 8,8-см пушки, 10,5-см орудия вели огонь с грунта с крестообразного лафета, а при переходе в походное положение они устанавливались на два колесных хода.

Всего для пушек Flak 38, 39 было разработано 3 вида снарядов - 1 осколочно-фугасный с разными типами взрывателей и 2 бронебойных. Досягаемость орудия по высоте: баллистический потолок 12800 м, высота эффективного огня - 9300 м при начальной скорости 880 м/с. Бронепробиваемость бронебойным снарядом на дистанции 1500 м составляла 138 мм при начальной скорости 860 м/с.