Постановлением СМ СССР №500-175 от 27 апреля 1963 г. и постановлением СМ РСФСР №738-82 от 13 июня 1963 г. на Брянском автозаводе осуществлялась подготовка производства автомобиля ЗИЛ-135Л и гидромеханических коробок передач ЗИЛ-135Е. Строились новые корпуса, закупалось оборудование. Тем временем в СКБ ЗИЛ развернулись работы по выпуску полного комплекта конструкторской документации, разрабатывались технические условия на производство стеклопластиковой кабины, гидромеханической автоматической коробки, рулевого управления, шарниров равных угловых скоростей типа «Рцеппа», рамы и многих других наиболее сложных и ответственных узлов и агрегатов.
В августе и октябре 1962 г. для постройки пусковых установок 2П113 ракетного комплекса «Луна-М» в СКБ ЗИЛ были собраны еще четыре автомобиля ЗИЛ-135Л. 6 августа две машины после завершения обкатки в Бронницах отправили в Волгоград для монтажа пусковой установки и сборки транспортно-заряжающей машины 9Т29. В октябре в Волгоград была отгружена третья машина, а четвертая после сборки проходила обкатку в НИИИ-21.
Неприятности возникли там, где их уже не ждали. При освоении производства директор Брянского автозавода П.Я. Петраков, несмотря на полный комплект закупленного оборудования, категорически отказался изготавливать автоматические коробки передач, ссылаясь на большую сложность в их изготовлении и регулировке и на отсутствие высококвалифицированных специалистов. 18 ноября генерал Харциев посетил главного инженера ЗИЛ К.В. Строганова с предложением разместить на ЗИЛ-135Л механические коробки передач. Производство машины откладывалось. Требовалось срочное изменение конструкции и проведение повторных испытаний. П.Я. Петраков и главный конструктор БАЗа Р.А. Розов надеялись на то, что лишенная гидромеханической передачи московская машина проиграет их детищу, и в производство пойдет БАЗ-930.
Компромиссное решение, заключавшееся в монтаже вместо гидромеханических двух механических коробок передач ЯМЗ-204, конечно же, не могло не отразиться на проходимости вездехода. При преодолении сложных участков пути водитель был вынужден обходиться одной низшей передачей, так как при переключении передач неизбежно происходил разрыв потока мощности и срыв и без того непрочного грунта. Более того, синхронизированное управление двумя механическими коробками передач требовало создания сложной системы рычажного управления.
В ноябре 1962 г. в СКБ ЗИЛ в срочном порядке разобрали последний (четвертый из партии 1962 г.) автомобиль ЗИЛ-135Л с целью макетирования размещения механических коробок передач и проектирования системы управления. Параллельно строилась новая машина, получившая обозначение ЗИЛ-135ЛМ, с механическими коробками передач. Она была готова 4 марта 1963 г.
Дистанционный привод управления переключением передач состоял из механизма управления переключением передач с рычагом, продольного карданного вала, поперечного карданного вала и двух механизмов переключения.
Вновь начались полигонно-заводские испытания. Теперь конкурентом брянского БАЗ-930 выступал «механический» ЗИЛ-135ЛМ и новый бронницкий четырехосный И-21-15. ЗИЛ- 135ЛМ с механическими коробками передач хоть и оказался менее плавным, особенно при движении на малых скоростях, однако успешно преодолевал 28-градусные подъемы, а при движении по шоссе оказался и более экономичным, чем ЗИЛ-135Л. По проходимости ЗИЛ-135ЛМ показал себя значительно лучше, чем брянский внедорожник: сказалось отсутствие блокировки дифференциалов в мостах БАЗ-930. По надежности ЗИЛ-135ЛМ превосходил БАЗ-930 (во многом из-за поломок гидромеханической коробки передач ГМК-НАМИ-020, стоявшей на брянской машине) и И-21 -15 (ненадежно работал новый дизельный двигатель Н.Р. Брилинга). В то же время на ЗИЛ-135ЛМ и БАЗ-930 отмечались поломки шарниров типа «Рцеппа».
В отчете по результатам полигонно-заводских испытаний, подписанном 12 августа 1963 г. заместителем начальника НИИИ-21 Ба-зиленко, отмечалось, что шасси ЗИЛ-135ЛМ в основном соответствует заданным ТТТ. Применение механических коробок передач вместо гидромеханических не снижало эксплуатационные качества и надежность шасси. Но отсутствие автоматического переключения в механических коробках передач усложняло работу водителя.
12 октября 1963 г. состоялся техсовет ГКОТ по результатам испытаний ЗИЛ-135ЛМ и БАЗ-930. Специалисты НИИИ-21 необоснованно предлагали улучшить плавность хода ЗИЛ- 135ЛМ введением независимой подвески на все колеса, не учитывая повышение центра тяжести и снижения устойчивости машины. После жарких споров к производству был рекомендован ЗИЛ-135ЛМ, а 13 октября главный конструктор СКБ В.А. Грачев попал с инфарктом в зиловскую клиническую больницу.
Тем временем в СКБ ЗИЛ начали подготовку конструкторской документации на автомобиль ЗИЛ-135ЛМ. К 10 мая 1964 г. 75% калек чертежей отправили в Брянск. Внедрили машину в серийное производство быстро и уже в декабре 1964 г. выпустили первые 10 вездеходов.
Брянский автозавод неоднократно предпринимал попытки совершенствования машины. Так, в 1965 г. собрали два автомобиля БАЗ-135Л2 с независимой подвеской всех колес. Однако на испытаниях они не продемонстрировали каких-либо преимуществ над ЗИЛ-135ЛМ. На тонну выросла снаряженная масса, ухудшилась устойчивость при движении по косогору. Возросшие динамические нагрузки на обоих образцах приводили к поломке рамы уже через 5000 км пробега, не помогло и усиление рамы листом толщиной 20 мм.
Эксплуатационные испытания автомобилей ЗИЛ-135Л и ЗИЛ-135ЛМ проходили по заданию Министерства газовой промышленности СССР.
15 августа 1964 г. состоялись сравнительные испытания автомобилей ЗИЛ- 135ЛМ и ЗИЛ-157 в районе Петрово-Дальнего на трассе строительства газопровода, проходящего через болото, на котором предполагалась укладка на трубопровод балластных бетонных блоков. Автомобиль ЗИЛ- 135ЛМ, загруженный тремя блоками массой около 10 т и двигаясь по заданному маршруту, успешно преодолел укатанную дорогу с торфяной почвой, имеющей два крутых поворота, канаву глубиной 850 мм и застрял в болоте глубиной 600 мм. На этом же маршруте ЗИЛ-157 с трудом преодолел брод и застрял раньше ЗИЛ-135ЛМ при глубине болота 400 мм. Автомобилю ЗИЛ-135Л М удалось преодолеть болото на другом участке протяженностью 15-18 м и глубиной 400 мм при движении на 2-й передаче при давлении воздуха в шинах 0,3 кг/см2. С грузом 6-7 т автомобиль ЗИЛ-135ЛМ уверенно и несколько раз преодолел все
