Мелкозвенчатые гусеничные цепи с открытыми шарнирами, изготовленные из высокомарганцовистой, очень стойкой к абразивному износу и ударным нагрузкам стали Гадфильда, обеспечивали высокие сцепные качества — коэффициент сцепления на задёрненном грунте достигал 0,7–0,8. Для улучшения контакта гусениц со скользким основанием на траки могли надеваться дополнительные грунтозацепы и уширители. Гашению резонансных колебаний в подвеске способствовало трение осей рычагов балансиров в калёных втулках без применения смазки — по-тракторному. Впервые вместо рамы был применён сварной тонколистовой несущий корпус коробчатой формы. Это заметно снизило массу тягача при более высокой прочности и надёжности несущей системы. Обтекаемая форма носовой части корпуса и гладкое днище способствовали улучшению проходимости при движении по глубокому снегу.
За двигателем, закрытым капотом аллигаторного типа, со съёмными боковинами, была установлена цельнометаллическая трёхместная кабина ЗИС-160, несколько заниженная по высоте и расширенная за счёт 240-мм вставки. В крыше был выполнен круглый командирский люк, ветровые стёкла имели электроподогрев. Кабину неплохо нагревал сам двигатель, поэтому воздушный отопитель не ставился.
В открытом металлическом сварном кузове вдоль бортов устанавливались продольные откидные четырёхместные сиденья для расчёта буксируемого орудия, а в заднем торце кузова находилась двухстворчатая дверь с замком.
Масса, кг — 5800
Грузоподъёмность, кг — 2000
Масса буксируемого прицепа, кг — 6000
Мест в кабине — 3
Мест в кузове — 8
Габариты, мм:
длина — 5099
ширина — 2200
высота — 2180
База, мм — 2765
Колея, мм — 1900
Ширина гусениц, мм — 300
Дорожный просвет, мм — 350
Удельное давление на грунт, кг/см2 — 0,464
Мощность двигателя, л.с. — 110
Максимальная скорость, км/ч — 44
Запас хода, км — 260
При необходимости кузов мог плотно закрываться водонепроницаемым тентом с боковыми окнами. Для связи между кабиной (командир) и кузовом (старший расчёта) была проведена двухсторонняя трёхцветная световая сигнализация.
В конце 1948 г. изготовили три первых опытных образца, прошедших в 1949 г. заводские, в начале 1950 г. — межведомственные, а в конце года — государственные испытания.
В 1951–1952 гг. две доработанные машины успешно прошли войсковые испытания в Арктике, в условиях низких температур, и в Туркмении — при высоких температурах, с большим содержанием пыли в воздухе. Средняя скорость движения с полной нагрузкой и 6-тонным прицепом по бездорожью достигала 22–25 км/ч.
Тяговые свойства нового тягача оказались неплохими — на твёрдом грунте с максимальным грузом и прицепом он спокойно преодолевал подъём в 25°, а предельная свободная сила тяги на крюке (6310 кгс) при полной массе ограничивалась уже не двигателем, а сцеплением с грунтом. По этой причине, особенно при неумелом управлении, лёгкий тягач со сравнительно узкими гусеницами был склонен зарываться в сыпучий песок, впрочем, как и некоторые другие быстроходные гусеничные машины.
В конце 1952 г. ХТЗ выпустил первую промышленную партию новых артиллерийских тягачей, получивших армейский индекс АТ-Л (лёгкий). В войсках тягач быстро получил широкое распространение, но в процессе его эксплуатации выявились недопустимые вибрации и поломки тонкостенных бортов корпуса в местах крепления элементов подвески. Конструкторы были вынуждены перейти на новую ходовую часть с пятью мощными обрезиненными опорными катками большого диаметра без поддерживающих роликов. Кроме того, на машине применили форсированный двигатель ЯАЗ-204К (130 л.с.) с улучшенным предпусковым подогревателем и повысили ёмкость топливных баков (150 л каждый). Рабочие чертежи модернизированного «изделия 5А» были готовы к сентябрю 1954 г., а в феврале 1955-го первый образец поступил на испытания.
Производство тягачей «5А» началось в марте 1957 г. и продолжалось до середины 1967-го. В связи с радикальным изменением системы артиллерийского вооружения Советской армии АТ-Л стали массово направлять в народное хозяйство, сотни таких машин работали в труднодоступных районах Сибири, Дальнего Востока и Крайнего Севера аж до 1998 г.