Перестройка и экономические реформы второй половины 1980-х годов и начала 1990-х, когда бурный поток военных заказов практически иссяк, привели к переориентации Акционерного общества «УралАЗ» на преимущественный выпуск гражданской продукции. В условиях рыночной экономики и расширения возможностей выбора другой автотехники спрос на нее оказался минимальным, что чуть не привело предприятие к полному прекращению своей деятельности. Несмотря на труднейшую экономическую и финансовую ситуацию, в те времена специалисты УралАЗа самостоятельно разрабатывали новое поколение армейских грузовиков «Урал-4322» с дизелями жидкостного и воздушного охлаждения, создавали принципиально новые перспективные многоосные полноприводные военные автомобили, максимально расширяли гамму специальных версий базовых шасси под новые виды надстроек.

В начале 1990-х годов со сцены сошли все прежние бензиновые и дизельные армейские «уралы» первых двух семейств, а место серии 4320 заняли обновленные машины 4320-10 и 4320-31 с новыми силовыми агрегатами, фактически выпускающиеся до сих пор и поступающие на вооружение Российской Армии.

Работы по перспективным трехосным дизельным армейским грузовикам конструкторы УралАЗа проводили с середины 1960-х годов, приняв за основу шасси серийного автомобиля «Урал-375Д», на котором испытывались как собственные опытные силовые агрегаты, так и экспериментальные дизели и трансмиссии Ярославского моторного завода. В конце 1960-х на заводе был создан собственный дизель «Урал-640», но в период разработки новых силовых агрегатов для камских грузовиков организовать его серийное изготовление не удалось. Первый образец будущего дизельного автомобиля Э4320 был построен в 1972 году и снабжался новым ярославским двигателем ЯМЗ-740 – прототипом будущего силового агрегата КамАЗ-740. Весной следующего года завод собрал второй грузовик и два седельных тягача, а еще через год появилась вторая партия из четырех машин. В феврале 1975 года они успешно завершили государственные испытания и в 1978 году были приняты на вооружение. Еще осенью 1975 года им присвоили Знак качества. Серийный выпуск нового автомобиля «Урал-4320» начался в декабре 1977 года и продолжался до 1986 года, а затем в варианте 4320-01 он выпускался до 1993 года. Максимум производства был достигнут в 1990 году, в котором собрали 31,5 тыс. машин серии 4320.

Один из первых прототипов армейского бортового автомобиля «Урал-4320». 1974 год.

Серийный 5-тонный грузовой автомобиль «Урал-4320» с 210-сильным дизелем КамАЗ-740. 1977 год.

Новый базовый армейский 5-тонный бортовой грузовик «Урал-4320» (6x6) встал во главе первого доперестроечного поколения дизельных автомобилей высокой проходимости, которое было максимально унифицировано с грузовиком «Урал-375Д» и унаследовало от них общую конструкцию шасси, все военные функции и профессии. Внешне новый «Урал» отличался измененной решеткой радиатора с широкими вертикальными прорезями и формой крыльев. Вместо бензинового силового агрегата на нем монтировался экономичный четырехтактный дизельный двигатель КамАЗ-740.10, V8 (10,85 л, 210 л.с. при 2600 об/мин), который устанавливался и на всем первом поколении народнохозяйственных и военных машин Камского автозавода. По сравнению с прежним карбюраторным мотором ЗИЛ-375 при уменьшенной на 19% оборотности его мощность возросла сразу на 30 л.с., а крутящий момент – на 14%. Новый автомобиль стал на 220 – 240 кг тяжелее, причем почти вся дополнительная нагрузка ложилась на передние колеса. «Урал-4320» получил 5-ступенчатую коробку передач КамАЗ, раздельный привод колесных тормозов, моторный тормоз-замедлитель и две аккумуляторные батареи. В отличие от базовой машины 375-й серии были изменены передаточные отношения в трансмиссии, модернизированы системы электрооборудования, питания, охлаждения и выпуска отработавших газов, все основные агрегаты герметизированы, а 12-вольтовое электрооборудование заменила экранированная 24-вольтовая система. С установкой нового силового агрегата пришлось усилить элементы рамы (в ней появилась трубчатая поперечина), мостов, подвесок и механического привода двухдискового сцепления. Более удобная кабина снабжалась сиденьем водителя с тремя регулировками (по высоте, длине и наклону спинки), новой панелью приборов и более эффективным отопителем. При этом на модели 4320 сохранились барабанные тормоза, система регулирования давления воздуха в шинах размером 14,00 – 20, гидроусилитель рулевого механизма и цельнометаллическая грузовая платформа с тентом, надколесными нишами и продольными скамьями для перевозки 27 – 30 человек. Вместимость основного топливного бака составила 210 л, дополнительного – 60 л, а тяговое усилие лебедки с 65-метровым тросом возросло до 9 тс. При увеличении снаряженной массы самого тяжелого базового варианта с лебедкой до 8440 кг полная масса возросла до 13 665 кг. Автомобиль обладал идентичными способностями по проходимости, но мог буксировать прицеп полной массой до 11,5 т. Его максимальная скорость возросла до 85 км/ч, контрольный расход топлива снизился до 27 л на 100 км, а благодаря герметизации основных агрегатов величина преодолеваемого брода возросла до 1,5 – 1,7 м. Запас хода в разных условиях эксплуатации составлял 850 – 1000 км. Выпускавшийся с 1986 года второй базовый вариант 4320-01 снабжался прежними модернизированными и новыми агрегатами (карданные валы, рулевое управление и др.), а также приподнятой на 120 мм бортовой платформой с ровным полом без внутренних колесных ниш под продольными скамьями кузова. В 1970 – 1980-е годы до 60% общих объемов выпуска автомобилей серии 4320 поступало в Вооруженные Силы СССР. Последний крупный зарубежный заказ был выполнен в 1991 году на поставку партии грузовиков 4320-01 в международные силы ООН.

Доработанный «Урал-4320-01» с рядом новых узлов и ровным полом грузовой платформы. 1986 год.

Конец успешной карьере автомобиля «Урал-4320» первого поколения наступил весной 1993 года, когда пожар уничтожил моторное отделение Камского автозавода, что привело к прекращению поставок дизелей КамАЗ-740. Замена им нашлась на Ярославском моторном заводе, который стал поставлять на УралАЗ свои 180-сильные дизельные двигатели ЯМЗ-236М2. В результате в том же 1993 году появился новый грузовик «Урал-4320-10», возглавивший второе поколение машин серии 4320 и ставший основой нового армейского семейства «Мотовоз», которое поступало уже в Вооруженные Силы Российской Федерации.

С переходом Советской Армии с грузовика «Урал-375Д» на более совершенный дизельный автомобиль «Урал-4320» практически все прежние модификации бензиновой машины получили дальнейшее развитие и так же широко применялись во всех видах Советских Вооруженных Сил и союзных стран. Базовыми являлись многоцелевые бортовые грузовики 4320 и 4320-01 с кабиной с наблюдательным люком в крыше и тентованным кузовом, служившие для доставки личного состава и грузов, буксировки артиллерийских систем и установки ряда надстроек, оборудования и вооружения. Параллельно выпускалось специальное шасси 43203 (43203-01) с полезной нагрузкой 5,4 т для монтажа кузовов-фургонов и военного оборудования без механического привода рабочих органов. В ноябре 1983 года в новом заводском корпусе УралАЗа началось изготовление 7-тонного сельскохозяйственного самосвала «Урал-5557» полной массой 16,5 т, выполненного на усиленном шасси 4320. Автомобиль имел измененные передаточные отношения главных передач, также снабжался системой регулирования давления воздуха и внешне отличался расширенными шинами размером 1200x500-508. В вооруженных силах такое шасси повышенной прочности предполагалось использовать под монтаж более тяжелых армейских надстроек, автокранов, противопожарного и инженерного оборудования, но в советские времена большого распространения оно не успело получить. С 1979 года выпускался 7-тонный народнохозяйственный грузовик 43202, сменивший прежние модели 375Н и 377. Он снабжался деревянной грузовой платформой с высокими откидными бортами, расширенными шинами и одним топливным баком на 290 л, но системы подкачки и экранированного электрооборудования не имел. В вооруженных силах автомобиль применялся на транспортных операциях для доставки по дорогам общего пользования воинских грузов и личного состава.