Правительственное задание на проектирование нового легкового автомобиля Горьковский автозавод получил в феврале 1943 года.
Первые поисковые эскизы выполнил художник В. Бродский в 1943 году, на них машина уже имеет такие же понтонную боковину и кузов «фастбэк» с покатой задней стенкой, как и будущая серийная «Победа», но в остальном на неё не похожа и визуально более архаична, с выполненным в стиле конца тридцатых годов оформлением оконечностей кузова — в частности, с узкой решёткой радиатора полукруглого сечения; V-образное лобовое стекло дополнено небольшими стёклышками по бокам, как на ряде иностранных моделей; задние двери подвешены на задних петлях, и открываются по ходу движения.
Конечный же облик автомобиля был выработан в работах талантливого молодого художника-конструктора Вениамина Самойлова.
Изначально машина проектировалась под индексом ГАЗ-25 и девизом «Родина», — позднее они были заменены на привычные «двадцатку» и слово «Победа».
Когда создавался автомобиль «Победа», у отечественных автозаводов еще не было устоявшихся эмблем, поэтому буквально на каждую модель создавались свои оригинальные шильдики. На постаменте «Победы» возвышалась буква «М», в которой одновременно можно было разглядеть намек на зубец стены Нижегородского Кремля и парящую чайку — символ Волги. Сама же буква указывала на название «Молотовец» (с начала 30-х и до конца 50-х завод носил имя наркома В. М. Молотова). Официальное наименование машины записывалось как ГАЗ-М-20 — «Молотовец, двадцатая модель». Заливка эмблемы, естественно, была красной — цвета знамени СССР.
Присвоенное ей число «20» отражало принадлежность автомобиля к новой линии моделей Горьковского автозавода с двигателями уменьшенного, по сравнению с довоенными образцами, рабочего объёма — в дальнейшем её продолжили модели ГАЗ-21 и ГАЗ-24, в отличие от многолитражных легковых моделей, обозначения которых начинались с единицы — ГАЗ-11, ГАЗ-М-12 «ЗиМ», ГАЗ-13 и ГАЗ-14 «Чайка».
Изначально проектировались две версии, — шести - и четырёхцилиндровая, последняя — для такси, но впоследствии было принято решение оставить только четырёхцилиндровую версию как более экономичную — положение с горючим в послевоенной стране было тяжёлым. Отсюда — один из главных недостатков «Победы» — недостаточная мощность двигателя, такая же, как у четырёхцилиндрового ГАЗ-М-1, и значительно меньшая по сравнению с серийным ГАЗ-11-73 (модернизированная версия «Эмки» с шестицилиндровым двигателем ГАЗ-11, 76 — 85 л.с.), выпускавшимся незадолго до и некоторое время после войны. Тем не менее, при этом по сравнению с наиболее распространённым в те годы ГАЗ-М-1 было достигнуто существенное повышение топливной экономичности (что вполне естественно, так как рабочий объём двигателя снизился с 3,5 до 2,1 литра).
В качестве основных особенностей, заложенных на данном этапе в проект «Победы», можно отметить: «бескрылый» несущий кузов с покатой задней стенкой; современную, по тем временам, компоновку — уровни пола и крыши кузова были ощутимо понижены, а силовой агрегат — вынесен в пространство над передней осью; нижнеклапанный двигатель намного более совершенной, по сравнению с ГАЗ-М-1, конструкции, и с почти вдвое большей мощностной отдачей с одного литра рабочего объёма; независимую пружинную переднюю подвеску; гидравлический привод тормозов; V-образное лобовое стекло и гнутое заднее; значительно улучшенные отделку и оборудование салона.
