Рабочие чертежи модернизированного «изделия 5А» были готовы к сентябрю 1954 года (работы велись с апреля), а в феврале 1955-го первый образец поступил на испытания. Хотя масса машины увеличилась более чем на 500 кг, база опорных катков возросла на 170 мм, общая длина — на 214 мм (в основном за счет увеличения платформы) и погрузочная высота — на 28 мм, с точки зрения надежности тягач превзошел все ожидания. Если его гарантийный пробег составлял 6 тыс. км (по движителю), то до капитального ремонта при грамотной эксплуатации он мог пройти рекордных 20 — 30 тыс. км. Этому содействовало и применение более долговечных гусениц с закрытыми шарнирами. Для работы по глубокому снегу и болотам могли, как и раньше, ставиться уширенные гусеницы, обеспечивающие среднее удельное давление 0,25 кгс/см2, а также съемные грунтозацепы.
Производство тягачей «5А», иногда называемых АТЛ-5А, АТ-Л(А), АТ-ЛМ, началось в марте 1957 года и продолжалось до середины 1967 года. Поставлялись они и за рубеж, в союзные армии, а также на Ближний Восток. Некоторые новые узлы на этих машинах вводились поэтапно, в том числе и на предыдущие серии «пятерки» (начиная с 1956 года). На базе нового тягача выпускались аналогичные модификации 23А, 27А, 39А.
С 1958 года устанавливался модернизированный, надежный и долговечный двигатель новой заводской серии «М» — ЯАЗ-М204К, несколько увеличенной мощности (135 л.с.) и лучшей экономичности (на 3 — 5%). Изменения коснулись очень напряженных кривошипно-шатунного механизма, поршневой группы, приводных механизмов, систем смазки, охлаждения (расширены лопасти вентилятора — прекратились перегревы), питания. Ликвидировано электрофакельное подогревательное устройство как малоэффективное и не оправдавшее себя. Проведены дальнейшие усовершенствования в трансмиссии, ходовой части и приводе лебедки. В ЗИП добавлено приспособление для самовытаскивания с помощью бревна — весьма действенное изобретение эксплуатационников. Наконец, в мае 1961 года начали устанавливать полностью 24-вольтовое электрооборудование с автоматами защиты сети (АЗС). Это заметно подняло надежность его работы и позволило для облегчения запуска двигателя при -5°С снова вернуть электрофакельный подогрев воздуха, ставший более результативным и безотказным.
В это время технологическое оснащение производства тягача АТ-Л(А) достигло высокого уровня — в 1963 году его суточный выпуск составлял в среднем пять машин. Однако в дальнейшем в связи с возросшей мощью и радикальным изменением системы артиллерийского вооружения в армии, а также переходом на многоцелевые транспортеры-тягачи, носители оружия, АТ-Л перестали удовлетворять военных и все больше стали направляться в народное хозяйство, особенно в места освоения отдаленных районов Сибири, Дальнего Востока и Крайнего Севера. Их широко применяли геологи, изыскатели, строители, нефтяники в условиях полного бездорожья, в самых разнообразных природных и климатических зонах. К сожалению, такая сложная и дорогая машина требовала исключительно квалифицированного и весьма трудоемкого обслуживания, возможного в армии, но проблематичного «на гражданке». Последнее обстоятельство, вкупе со сравнительно малой экономической эффективностью использования легких тягачей ограниченной грузоподъемности стало причиной того, что век этих машин был относительно недолог, хотя с вооружения они были сняты только в сентябре 1998 года. В настоящее время один образец тягача АТ-Л(А) сохраняется в музее Рязанского военного автомобильного института, может быть, отдельные единицы встречаются еще и в эксплуатации.
| Масса в снаряженном состоянии без груза и экипажа, кг | 6400 (5800) |
| Грузоподъемность платформы, кг | 2000(2000) |
| Масса буксируемого прицепа, кг | 6000(6000) |
| Мест в кабине | 3(3) |
| Мест в кузове для сидения | 8(8) |
| Габариты, мм: | |
| длина | 5313 (5099) |
| ширина | 2214(2200) |
| высота по кабине | 2200(2180) |
| База опорных катков, мм | 2935 (2765) |
| Колея (по серединам гусениц), мм | 1900(1900) |
| Ширина гусениц, мм | 300 (300) |
| Дорожный просвет, мм | 350 (350) |
| Среднее удельное давление на грунт с грузом на платформе, кг/см2: | 0,463 (0,464) |
| Максимальная мощность двигателя, л.с. | 135(110) |
| при частоте вращения, об/мин | 2000 (2000) |
| Максимальная скорость с полной нагрузкой без прицепа по шоссе, км/ч | 41,9 (44) |
| Запас хода по шоссе с прицепом без дополнительных баков, км | 300 (260) |
| Предельный преодолеваемый подъем по твердому грунту с нагрузкой без прицепа, град.: расчетный по двигателю | 45(43) |
| практический (ограниченный системой смазки двигателя) | 35 (35) |