По окончании Великой Отечественной войны на заводе была проведена работа по замене всего довоенного модельного ряда, разработка которого была начата частично до войны и активно возобновилась в 1943—1945 гг. Уже в первом послевоенном 1946 году в серию пошли знаменитый седан «Победа» ГАЗ-М20 (прототип в 1944 году) и 2,5-тонный грузовик ГАЗ-51 (прототип в 1943 году). В 1947-м производство полуторки ГАЗ-ММ было передано на УльЗиС. Тогда же освоен выпуск гусеничного снегоболотохода ГАЗ-47. В 1948 году освоен полноприводный грузовик ГАЗ-63, а в 1949-м создан прототип джипа ГАЗ-69 «Труженик». В 1950-м с конвейера начал сходить представительский седан большого класса ГАЗ-12 «ЗИМ», началось серийное производство бронетранспортёра БТР-40 (ГАЗ-40). В 1953—1954 годах было освоено производство джипов ГАЗ-69 и ГАЗ-69А (в 1955—1956 годах переданных на Ульяновский автомобильный завод — УАЗ), а также первого комфортабельного внедорожника с несущим кузовом ГАЗ-М72 на агрегатах ГАЗ-69.
В 1956 году на смену «Победе» пришёл седан среднего класса «Волга» ГАЗ-21, претерпевший на пути к массовому производству ряд модернизаций. В 1959-м «ЗИМ» сменила элегантная «Чайка» ГАЗ-13, продержавшаяся в производстве свыше двух десятилетий.
Работам коллектива конструкторов и дизайнеров завода ГАЗ, таким как ГАЗ-21 «Волга», ГАЗ-13 «Чайка» и грузовик ГАЗ-52 на Всемирной выставке в Брюсселе в 1958 году была присуждена высшая награда — Гран-при.
Во второй половине 1950-х ведётся подготовка производства третьего поколения грузовых автомобилей, включавшего модели ГАЗ-56 (грузоподъёмность 1,5 т), ГАЗ-52 (2,5 т) и ГАЗ-53 (3,5 т). Для Советской армии в 1958-м был освоен десантный 1,2-тонный грузовик ГАЗ-62 с кабиной над двигателем. К сожалению, по ряду причин полуторка ГАЗ-56 в серию так и не пошла, а освоение производства грузовиков ГАЗ-52 и ГАЗ-53 затянулось до 1960-х.
