Опытный образец ЗИС-15, постройка которого была приурочена к XVIII съезду ВКП(б), получил более мощный по сравнению с ЗИС-5 двигатель, коробку передач с косозубыми шестернями, новые шины размерностью 36"×8". Из-за увеличенной до 4100 мм колёсной базы карданную передачу выполнили двойной, с промежуточной опорой. Привод тормозов остался механическим, но получил вакуумный усилитель. Кроме того, был введён трансмиссионный дисковый тормоз. Ёмкость бензобака была увеличена до 100 литров. Главным же внешним отличием стала современная цельнометаллическая, 3-местная кабина обтекаемой формы с наклонным V-образным лобовым стеклом (из двух половин).