В создании новых советских представительских машин высшего класса для государственной, партийной и военной верхушки СССР завод впервые за всю свою историю отошел от иностранного заимствования и самостоятельно создал новые строгие формы своих автомобилей ЗИЛ-114 и ЗИЛ-117. По законам того времени их внешность и интерьер с 1963 года создавали не только дизайнеры и инженеры, но и представители министерств, ведомств, научных институтов и правительственных гаражей. В конце 1967 года завод приступил к сборке очередного 7-местного лимузина ЗИЛ-114 с удлиненной до 3880 мм колесной базой, ставшего одним из самых крупных, тяжелых и длинных легковых автомобилей своего времени. Его габаритная длина достигала 6305 мм, а масса в снаряженном состоянии – 3085 кг. Технической базой оставалось рамное шасси, на котором устанавливали еще более мощные, сложные и совершенные агрегаты: верхнеклапанный бензиновый двигатель V8 (6,96 л, 280 л.с.) с размерностью 108x95 мм и степенью сжатия 9,5, автоматическая двухпозиционная трансмиссия, передняя торсионная подвеска и все вентилируемые дисковые тормоза. Новый силовой агрегат для машин 114-й серии относился ко второму поколению двигателей V8, которые разрабатывались в дефорсированном варианте ЗИЛ-375 еще с середины 1950-х годов для установки на перспективные армейские грузовики «Урал-375» и специальные четырехосные военные шасси для монтажа ракетного вооружения. Легковые машины ЗИЛ-114 собирали вручную, детали кузова выбивали по формам, покрывали оловом и 13 слоями краски. В парадах они не участвовали, и их военное назначение ограничивалось лишь доставкой высших военных чинов. Правда, в 1969 – 1971 годах для спецслужб были построены варианты 114К с люком в крыше, а в 1976 – 1978 годах – несколько машин сопровождения 114Е с экранированным электрооборудованием и средствами спецсвязи. С 1971 года на базе ЗИЛ-114 выпускался более компактный и скромный 5-местный седан ЗИЛ-117 с укороченной до 3300 мм базой, служивший машиной сопровождения и средством передвижения спецслужб. Вариант 117Е являлся экранированным лимузином, а для парадных целей предназначались 2-дверные кабриолеты 117В, выпущенные в 1973 – 1979 годах в нескольких экземплярах, включая вариант 117ВЕ с экранированным электрооборудованием. В их комплектацию входили радиостанция, поручень центрального расположения, двухмикрофонная стойка на месте переднего пассажира и флагштоки на передних крыльях. Максимальная скорость достигала 190 км/ч.

Парадный кабриолет ЗИЛ-117В с микрофонной стойкой на месте переднего пассажира. 1973 год.

В 1960-е годы Московский автозавод начал выпускать свои лучшие грузовики ЗИЛ-130 и ЗИЛ-131, разработанные под руководством главного конструктора А. М. Кригера. В них воплотились высшие достижения советской научно-технической и дизайнерской мысли, уже целиком не копировавшие иностранные прототипы. К моменту начала производства эти машины находились на мировом уровне. Их создание и постановка на конвейер, сопряженные с проведением очередной реконструкции завода и строительства нового современного сборочного корпуса, проходили слишком долго и трудно. Зато в процессе разработки новой техники большинство агрегатов были успешно испытаны на других серийно выпускавшихся в то время автомобилях, что позволило наладить выпуск довольно совершенных, качественных и надежных машин. С запуском серийного производства обеих моделей накал опытно-конструкторских работ в военной сфере заметно спал. Важную роль в этом сыграли бесперспективность дальнейшего развития бронетранспортеров БТР-152 и передача на Брянский автозавод серийного изготовления специальных четырехосных шасси для ракетовозов, разработанных в СКБ ЗИЛ.

1 октября 1964 года Московский автозавод, наконец, приступил к серийному производству своего 4-тонного народнохозяйственного грузового автомобиля ЗИЛ-130, ознаменовавшего новый важный этап поступательного развития предприятия. Разработка этой машины фактически началась еще в 1953 году с создания более мощного и грузоподъемного варианта ЗИС-150, известного как ЗИС-150М или ЗИС-125. Его испытания сразу же привели к пониманию, что почти исчерпавший себя 6-цилиндровый двигатель уже непригоден для перспективного грузовика. Так началась разработка принципиально нового силового агрегата, за которым потянулись проблемы с созданием всего набора новых узлов и деталей будущего автомобиля. В 1956 году проект новой заднеприводной машины получил индекс ЗИЛ-130, и на следующий год первым появился прототип ЗИЛ-130Л с прежним рядным 6-цилиндровым мотором. Первый образец с новым двигателем V8 был создан только в 1959 году и поступил на испытания. А затем начался длительный цикл доводок, доработок, очередных испытаний, освоения и организации производства нового автомобиля и его агрегатов. Параллельно с этими процессами выпускались обновленные грузовики серий ЗИЛ-164 и ЗИЛ-157, на которых прошли эксплуатационные испытания все основные узлы трансмиссии и ходовой части. Первая пробная партия новых грузовиков была собрана в 1962 году.

Грузовик ЗИЛ-130 впервые в истории Московского автозавода получил передовой верхнеклапанный 8-цилиндровый V-образный карбюраторный двигатель (5969 см3, 150 л.с.) с центробежным масляным фильтром и генератором переменного тока, мощность которого сразу в 1,5 раза превысила эти значения прежних 6-цилиндровых моторов. Унифицированный с мотором легкового автомобиля ЗИЛ-111, он имел те же диаметр цилиндров и ход поршней (100x95 мм), но его степень сжатия была уменьшена до 6,5. На автомобиле с колесной базой 3800 мм устанавливали сухое однодисковое сцепление, синхронизированную 5-ступенчатую коробку передач, двойную главную передачу с цилиндрическими и коническими шестернями со спиральными зубьями, рессорную подвеску с телескопическими гидроамортизаторами и пневматический привод барабанных тормозов. На автомобиле впервые появились гидравлический усилитель рулевого механизма и достаточно комфортная 3-местная кабина с эффективными системами вентиляции и отопления, панорамным лобовым стеклом и капотом аллигаторного типа. Поначалу ее дизайн с крупными декоративными элементами облицовки и козырьками над фарами был признан революционным, хотя и имитировал внешность большинства американских капотных грузовиков тех лет. На машине стояли шины размером 9,00 – 20 и деревянная грузовая платформа с металлическими поперечными балками пола, тремя откидными бортами и инструментальным ящиком над 170-литровым топливным баком со смещенной в сторону горловиной. Грузоподъемность серийного ЗИЛ-130 первого выпуска на разных видах дорожного покрытия находилась в пределах 4,0 – 5,5 т, с ноября 1965 года она составила 5 т для всех видов дорог. Грузовик имел снаряженную массу 4300 кг, мог буксировать прицеп массой 8 т, развивал максимальную скорость 90 км/ч и расходовал 26,5 л бензина на 100 км. Его основными вариантами двойного назначения были бортовой автомобиль 130А для буксировки прицепов, 4,5-тонный строительный самосвал ЗИЛ-ММЗ-555 и седельный тягач 130В с укороченной до 3300 мм колесной базой, служивший для работы с полуприцепами полной массой 12,5 т.