В соответствии с постановлением правительства №960-402сс и приказом Министерства транспортного машиностроения №121 сс от 4 мая 1946 г. завод №183 изготовил в июле 1946 г. два новых опытных танка Т-54 (третий опытный образец). Танк получил заводское обозначение «Объект 137». От танка Т-54 обр. 1945 г. новые машины отличались в основном измененной конструкцией башни, установкой курсовых пулеметов, введением зенитного пулемета, монтировавшегося на турели на крыше башни, и цевочным зацеплением ведущих колес с гусеницами. Между собой эти танки отличались только установкой основного оружия: в первом образце танка Т-54 была установлена 100-мм танковая пушка ЛБ-1, а во втором – Д-10Т. С пушкой был спарен 7,62-мм пулемет СГ-43.
Два других пулемета СГ-43 – курсовые, устанавливались в бронированных коробах на левой и правой надгусеничных полках. Внутри короба у каждого пулемета размещались две специальные коробки с лентами по 250 патронов. Укладка лент с патронами, заряжание пулеметов и очистка короба от стреляных гильз производились снаружи машины. Стрельбу из курсовых пулеметов вел механик-водитель. Наводка пулеметов в цель осуществлялась механиком-водителем за счет поворота танка.
12,7-мм зенитный пулемет ДШК на откидной турели устанавливался на крыше башни между входными люками командира и заряжающего. Углы наводки пулемета ДШК по вертикали составляли от -5 до +85°, а стрельба из него по горизонту на 360° без поворота башни была невозможна.
Для стрельбы из пушки применялись 100-мм унитарные выстрелы с бронебойно- трассирующим снарядом БР-412 с взрывателями МД-8 и с осколочно-фугасным снарядом ОФ-412 с взрывателем РГМ.
Основные броневые детали корпуса для увеличения прочности их соединения были сварены между собой тремя способами – «в четверть», «в замок» и «в шип». Вращающаяся литая башня с вварной крышей была выполнена по типу башни тяжелого танка ИС-3 и изготовлена из броневой стали марки 71 Л.
В танке устанавливался дизель В-54 мощностью 382 кВт (520 л.с.). Средняя скорость движения по шоссе составляла 33,5 км/ч.
В состав гусеничного движителя входили: два направляющих колеса с червячными механизмами натяжения гусениц, десять литых опорных катков (диаметром 810 мм) с наружной амортизацией, два ведущих колеса со съемными венцами цевочного зацепления с гусеницами и две мелкозвенчатые гусеницы с открытым металлическим шарниром (ОМШ).
Наличие поручней на башне танка обеспечивало возможность размещения (в положении сидя) 15 человек десанта с личным оружием.
В период с 20 июня по 10 августа 1946 г. опытные образцы танка Т-54 были подвергнуты 1000-км межведомственным испытаниям на трассе завода №183. Испытания проводила комиссия под председательством начальника Технического управления ГБТУ инженер-полковника А.И. Благонравова. Пробег проходил по маршруту Нижний
Тагил-Невьянск-Реж и обратно. Танк Т-54 с пушкой ЛБ-1 преодолел около 1000 км по сухой грунтовой дороге, щебеночному и булыжному шоссе, второй танк с пушкой Д-10Т – 760 км.
Вследствие значительного усиления броневой защиты башни, перевода гусениц на цевочное зацепление с ведущими колесами и других нововведений полная боевая масса танков превысила заданную в ТТТ (36 т) и составила: для первого танка 39,15 т, для второго – 39,155 т. Соответственно, удельная мощность машин снизилась с 14,4 до 13,3 л.с./т, а среднее давление на грунт возросло до 0,98 кгс/см
Тем не менее комиссия установила серьезные преимущества этого варианта танка Т-54 перед всеми известными существующими средними танками, но не засчитала испытания ввиду выявленных дефектов в ходовой части и трансмиссии, а также превышения боевой массы и невыполнения ряда мероприятий, заданных в 1945 г. К числу существенных дефектов относились страшный, утомляющий экипаж шум трансмиссии, неважная работа синхронизаторов в коробке передач, разрушение массивных резиновых бандажей опорных катков, поломка торсионного вала первого правого опорного катка (на одном из танков), недостаточная стойкость траков, плохая работа всех пулеметов и невозможность кругового обстрела из зенитного пулемета без поворота башни, большие усилия на рычагах управления.
В числе невыполненных мероприятий оказалась установка гидроамортизаторов, вращающего полика в боевом отделении и противокумулятивных экранов.
27 августа 1946 г. был издан приказ Министерства транспортного машиностроения №211с, в приложении к которому был представлен перечень конструктивных улучшений, подлежавших внедрению в серийное производство танков Т-54 после отработки испытаний опытных образцов (всего 21 пункт). Среди них следующие:
снижение шума, разработка сервоустройства для снижения усилий на тягах управления до 8-10 кг, повышение надежности торсионной подвески, установка гидроамортизаторов на крайних узах подвески, совершенствование синхронизаторов передач в коробке передач, а также обеспечение герметичности корпуса для преодоления брода.
КБ завода №183 в течение августа-сентября 1946 г. доработало серийные чертежи с учетом всех замечаний по результатам летних испытаний двух последних образцов танка.
К 16 сентября 1946 г. опытный цех завода изготовил следующий опытный образец танка Т-54 с прежними корпусом и башней. Основные изменения коснулись лишь ходовой части и трансмиссии. В период с 18 сентября по 28 октября 1946 г. эта машина прошла заводские испытания пробегом в объеме 2000 км. Во время испытаний с 18 по 21 сентября танк преодолел 568 км (из них 370 км по шоссе) со средней скоростью 35 км/ч. Во время третьего пробега 25 сентября разрушились четыре опоры балансиров и восемь резиновых бандажей опорных катков. С 25 сентября по 15 октября 1946 г. опытный образец танка находился в ремонте, а с 28 октября был поставлен на разборку для осмотра и оценки его технического состояния.
В конце сентября 1946 г. для окончательного вооружения танка была выбрана 100-мм пушка Д-10Т конструкции Ф.Ф. Петрова. Постановлением Совета Министров СССР №2198-897сс от 30 сентября 1946 г. ее приняли на вооружение танка Т-54. Конструкция и баллистика этой пушки оказались настолько удачными, что более 40 лет без особых конструктивных изменений она являлась основным оружием серийных танков
