В ходе подготовительных работ выяснилось, что на БАЗе отсутствуют специальное особо точное технологическое оборудование и квалифицированные кадры для самостоятельного изготовления столь сложных агрегатов, как автоматическая трансмиссия. За этой неожиданной неприятностью местного значения, о которой почему-то никто раньше не подумал, тут же потянулась цепочка новых еще более трудных и затратных проблем: приобретение эффективного и дорогого оснащения, обучение новых кадров и повышение общей культуры производства, переналадка всей системы технического обслуживания в войсках, переобучение водителей и т. д. Разрешить все эти задачи силами двух заводов-изготовителей было невозможно, тем более что военные торопили с внедрением новой ракетной системы «Луна-М». В ноябре 1962 года Грачев приступил к переделке шасси 135Л и переоснащению его традиционной механической коробкой передач, что, естественно, являлось обидным возвратом к более простой и привычной, но менее совершенной и передовой конструкции. Первый прототип автомобиля ЗИЛ-135ЛМ был собран в Москве в марте 1963 года, поспешно испытан и 12 октября рекомендован к серийному производству.
Летом 1963 года на основании полученной из Москвы технической документации в Брянске началась подготовка к сборке модели 135ЛМ и всех ее агрегатов: узлов трансмиссии, шарниров равных угловых скоростей, рулевого механизма, подвески, рамы, а также освоение технологии изготовления стеклопластиковых кабин. К 10 мая 1964 года Брянский завод получил с ЗИЛа 75% технической документации, что позволило в декабре приступить к промышленной сборке машины. В том же году она была принята на вооружение. До конца 1964 года в Брянске собрали 10 первых автомобилей, которые еще долго проходили процесс многочисленных доработок, доделок и приспособления московских прототипов к реалиям воинской службы. Серийное изготовление ЗИЛ-135ЛМ развернулось только в 1966-м. В отличие от многочисленных предшественников марки ЗИЛ этому автомобилю и его прямым наследникам была суждена долгая 30-летняя жизнь в качестве базового советского шасси-ракетоносца.
Первый бортовой автомобиль-шасси ЗИЛ-135ЛМ, собранный в Брянске в 1964 году
С конструктивной точки зрения серийный 9-тонный автомобиль ЗИЛ-135ЛМ представлял собой типичную классику грачевской школы, серьезно подпорченную применением более понятной простому шоферу механической коробки передач. За обтекаемой стеклопластиковой кабиной по-прежнему размещались два параллельных бензиновых 180-сильных двигателя ЗИЛ-375Я и 375Я2, весившие по 530 кг. Они оснащались собственными жидкостными предпусковыми подогревателями, системами питания, смазки и охлаждения с продольными боковыми радиаторами и принудительной циркуляцией жидкости. От обоих моторов крутящий момент через два сухих двухдисковых сцепления, две 5-ступенчатые коробки передач ЯМЗ-204У от грузовиков «Урал-375» и две одноступенчатые раздаточные подавался на две бортовые системы одноступенчатых конических и цилиндрических колесных редукторов. Для одновременного управления обеими системами имелись специальные синхронизирующие устройства. Неуправляемые средние мосты по-прежнему крепили на раме жестко, зато крайние управляемые пары колес снабжались независимой торсионной подвеской с телескопическими гидроамортизаторами двойного действия и посредством рулевого управления с гидроусилителем отклонялись в разные стороны. Для изменения давления воздуха во всех диагональных камерных шинам И-159 размером 16,00 – 20 служила централизованная система подкачки с блоком управления из кабины водителя. Гидравлическая часть пневмогидравлического привода рабочих тормозов была сделана двухконтурной, стояночные барабанные тормоза с механическим управлением располагались в редукторах передних бортовых передач. В состав однопроводного экранированного электрооборудования напряжением 24 В входили четыре аккумуляторные батареи, два генератора мощностью по 6,5 кВт и два стартера по 1,5 кВт. Двухдверная 4-местная кабина, весившая 490 кг, оборудовалась регулируемым сиденьем водителя, автономным отопителем, средствами радиационного контроля, местами для крепления личного оружия, двумя лобовыми светомаскировочными фарами и левой поисковой. В ее задней части между радиаторами охлаждения стояли три бензобака – основной на 300 л и два дополнительных 110-литровых. За кабиной находилась открытая часть сварной лонжеронной рамы для монтажа специального оборудования. Ее монтажная длина составляла 5200 мм, погрузочная высота – 990 мм. Помимо уже упомянутых достоинств, ЗИЛ-135ЛМ стал первой в СССР серийной четырехосной военной машиной средней категории, на которой впервые стали устанавливать выполненные из стеклопластика кабину, блок моторного отсека с облицовками радиаторов и топливных баков, надколесные крылья, контейнеры для аккумуляторных батарей и другие второстепенные изделия.
