Ходовая часть была практически полностью заимствована у Т-44, за исключением опорных катков, ширина резинового массива которых увеличилась со 150 до 185 мм.
Масса танка возросла до 35,5 т, а максимальная скорость снизилась до 43,5 км/ч.
Одновременно с отработкой и испытаниями первого прототипа Т-54 новую башню со 100-мм пушкой установили на серийный Т-44. Летом 1945 года изготовили два опытных образца танка Т-44-100, один — с пушкой Д-10TK, другой — с Л Б-1.
Первый прототип танка Т-54, вооруженный 100-мм пушкой Д-10. Март 1945 года
Опытный образец Т-54, вооруженный 100-мм пушкой ЛБ-1. 1945 год
В июле 1945-го в КБ завода № 183 с учетом результатов испытаний первого опытного образца танка Т-54 был разработан его второй опытный образец, получивший заводское обозначение «объект 137» и отличавшийся новой конструкцией башни, вооружением и ходовой частью.
Литую башню выполнили по типу башни тяжелого танка ИС-3. Толщина ее сферической лобовой части достигала 200 мм, бортов — от 160 до 125 мм с переменным углом наклона до 45°. Толщина крыши башни — 30 мм.
В башне монтировалась 100-мм танковая пушка ЛБ-1, с которой был спарен 7,62-мм пулемет СГ. Два других пулемета СГ— курсовые — устанавливались в бронированных ящиках на левой и правой надгусеничных полках; стрельбу из курсовых пулеметов вел механик-водитель. Внутри ящика у пулемета имелись две специальные коробки с лентами по 250 патронов каждая. От стреляных гильз их освобождали по израсходовании обеих лент. Укладка лент в ящики и заряжание пулеметов производились снаружи машины. Установка пулеметов на боевой взвод осуществлялась механиком-водителем с помощью специального привода, находившегося на левом борту корпуса отделения управления, а наведение на цель — за счет поворота танка.
На крыше башни между люками командира и заряжающего устанавливался 12,7-мм зенитный пулемет ДШК. Для стрельбы из спаренной установки использовался телескопический шарнирный прицел ТШ-20. Углы вертикальной наводки составляли от-5° до +17°. Для стрельбы с закрытых огневых позиций на ограждении пушки имелся боковой уровень. При стрельбе из зенитного пулемета использовался коллиматорный прицел К8-Т.
В боекомплект танка входили 34 унитарных выстрела к пушке, 3500 патронов к пулеметам СГ, 150 патронов к пулемету ДШК и 12 ручных гранат Ф-1.
Силовая установка танка по сравнению с первым опытным образцом осталась без изменений. Емкость внутренних топливных баков удалось увеличить с 530 л до 545 л, дополнительных наружных — со 165 л до 180 л. Запас хода машины по шоссе, несмотря на увеличение ее боевой массы до 39,15 т, остался без изменений — 300 — 360 км. В трансмиссии были использованы трехходовая, пятиступенчатая коробка передач с установкой на 2-й, 3-й, 4-й и 5-й передачах инерционных синхронизаторов и двухступенчатые планетарные механизмы поворота вместо бортовых фрикционов. В ходовой части был применен гусеничный движитель цевочного зацепления.
Серийный танк Т-54. 1946 год
Танк Т-54 выпуска 1946 года во время испытаний. 1947 год. Видны броневые ящики с пулеметами СГ-43, смонтированные на надгусеничных полках
В июле — ноябре 1945 года второй прототип Т-54 проходил испытания на НИБТПолигоне, по результатам которых танк опять-таки был рекомендован к серийному производству, но лишь после устранения ряда недостатков и, как следствие, доработки документации, потребовавшейся после этого. По результатам очередных предварительных испытаний постановлением Совета министров СССР № 960-402сс от 29 апреля 1946 года Т-54 был принят на вооружение Советской Армии. Началась подготовка к его серийному производству сразу на трех заводах Министерства транспортного машиностроения. В течение 1946 года планировалось изготовить 165 серийных машин, реально же построили только три опытных образца. Государственных испытаний они не выдержали. Межведомственная правительственная комиссия потребовала снизить массу машины, усовершенствовать установку вооружения, ходовую часть и приводы управления. В течение года в конструкцию пришлось внести 649 изменений. План на 1947 год был утвержден в количестве 250 единиц, но были изготовлены только 22. Два головных серийных танка подверглись в апреле — мае того же года ходовым испытаниям и испытаниям обстрелом. По первым Государственная комиссия под руководством председателя НТК ГБТУ Вооруженных Сил инженера-полковника Благонравова сделала следующее заключение:
«1. Два головных образца танка Т-54 первой серии испытания по установленной программе выдержали.