Колесная база ЗИЛ-131 составляла 3975 мм, задней тележки – 1250 мм. Колея всех колес – 1820 мм. Дорожный просвет под передним мостом – 330 мм. Габаритные размеры автомобиля без лебедки – 6900x2500x2480 мм, высота по тенту – 2975 мм. Официальная грузоподъемность 3,5 т соответствовала эксплуатации на местности, по шоссе и на дорогах с твердым покрытием она составляла 5,0 т. Шасси с кабиной имели полезную нагрузку 4,25 и 5,75 т соответственно. Снаряженная масса бортового автомобиля без лебедки – 6460 кг, с лебедкой – 6700 кг, полная допустимая масса – 10 425 кг. Масса буксируемого прицепа на шоссе – 6,5 т, по грунтовым дорогам и на местности – 4,0 т. Максимальная скорость – 80 км/ч, минимальная – 5,9 км/ч. Без прицепа серийный ЗИЛ-131 мог преодолевать 30-градусный подъем и брод глубиной до 1,5 м, расходовал 40 – 44 л бензина на 100 км и в зависимости от условий движения имел запас хода 660 – 850 км.

С января 1971 года выпускался упрощенный народнохозяйственный грузовик ЗИЛ-131А без узлов, свойственных военным машинам. В 1980 – 1986 годах Читинский автосборочный завод собирал северный вариант 131С, рассчитанный на эксплуатацию при температурах до – 60 °C. От стандартного исполнения он отличался теплоизоляцией кабины с двойными стеклами и автономным отопителем, противотуманными фарами и применением морозоустойчивых материалов. С 1968 года Московский автозавод выпускал базовый седельный тягач 131В с укороченной рамой, с лебедкой или без нее, полуавтоматическим сцепным устройством, расположенным на высоте 1495 мм, и двумя запасными колесами. Он предназначался для буксировки по шоссе одноосных полуприцепов полной массой до 12 т, на грунтовых дорогах и на местности – 7,5 т. На его базе был построен седельный тягач ЗИЛ-137Б для работы с активными полуприцепами, а впоследствии вариант ЗИЛ-4401 применялся в составе активного автопоезда 6009 Брянского автозавода. В апреле 1974 года всему семейству ЗИЛ-131 был присвоен государственный Знак качества.

Опытный автомобиль ЗИЛ-131М с 170-сильным дизелем и удлиненным капотом. 1978 год.

В процессе серийного производства автомобиль ЗИЛ-131 постоянно совершенствовался и оснащался новыми узлами, кузовами и надстройками сотен вариантов. В 1978 году, когда к производству уже был готов 5-тонный военный грузовик КамАЗ-4310, Московский автозавод предпринял попытку создать собственный дизельный 3,5-тонный армейский грузовик 131М с новым экономичным четырехтактным дизелем ЗИЛ-6451 V8 (8,74 л, 170 л.с.). Его испытания в 21 НИИИ проходили в 1980 году. Внешне от серийной машины ЗИЛ-131М отличался только удлиненным капотом и дополнительными световыми приборами. Он имел массу в снаряженном состоянии 6,9 т, развивал скорость 77 км/ч и буксировал прицеп массой 4150 кг, а его запас хода достигал фантастической величины – 1180 км. На таком шасси был построен опытный седельный тягач 4431. Испытания и доводки новой техники проводились до 1985 года и с началом перестройки были заморожены.

5 декабря 1986 года ЗИЛ-131 на конвейере Московского автозавода был заменен на более экономичный базовый вариант ЗИЛ-131Н с лебедкой (131Н-0000015) грузоподъемностью 3,75 т на всех видах дорог. Он оснащался модернизированным 150-сильным двигателем ЗИЛ-5081 V8 с экранированным электрооборудованием, который от прежнего мотора ЗИЛ-131 отличается головками блоков цилиндров с винтовыми впускными каналами и увеличенной до 7,1 степенью сжатия. Обновленный автомобиль получил новые световые приборы и тент из синтетического материала от грузовиков КамАЗ. Его вариантом был доработанный седельный тягач 131НВ, развивавший в составе автопоезда скорость 75 км/ч. В зависимости от вида дорог допустимая нагрузка на сцепное устройство находилась в пределах 3,7 – 5,0 т. В 1986 – 1987 годах Читинский завод собирал очередной северный грузовик 131НС и тягач 131НВС. Производство серии 131Н в Москве продолжалось до 1990 года, когда на ЗИЛе разворачивалось серийное изготовление коммерческой дизельной гаммы 4331 и начались работы по подготовке производства нового полноприводного грузовика ЗИЛ-4334. С 27 октября 1987 года ЗИЛ-131Н и его варианты параллельно собирал УАМЗ, который весной 2004 года был преобразован в предприятие АМУР и продолжил выпуск автомобилей серии ЗИЛ-131 под маркой «Амур» с разными двигателями и агрегатами.

Максимальный уровень производства автомобилей 131-й серии пришелся на 1989 год, когда было изготовлено 48 тыс. машин, а численность занятых к тому времени на ЗИЛе достигала 120 тыс. человек. В общей сложности автомобилей серии ЗИЛ-131 Московский завод построил 998 429 экземпляров, а в период 1987 – 2006 годов оба предприятия собрали 52 349 автомобилей ЗИЛ-131Н.

В Вооруженных Силах СССР, государств Варшавского договора и дружественных стран грузовик ЗИЛ-131 стал основным транспортным средством средней грузоподъемности с повышенными тягово-динамическими качествами и большим запасом мощности, способным работать на всех видах дорог и пересеченной местности во всех климатических зонах при температурах от – 40 до +50 °С. Он являлся штатным средством для перевозки 18 – 24 человек личного состава и различного военного имущества, тягачом для буксировки армейских прицепов и артиллерийских систем малого и среднего калибра. Бортовые версии ЗИЛ-131 были приспособлены к доставке транспортными самолетами Ан-22, Ан-124 и Ил-76, а все армейские варианты изначально оборудовали экранированным электрооборудованием, фильтрами с трехступенчатой очисткой воздуха и герметизированными узлами, что позволяло применять их во всех воинских формированиях и в экстремальных дорожных и погодных условиях. Обычно автомобили снабжали наблюдательным люком в крыше кабины над правым сиденьем, средней усилительной стойкой лобового стекла, левой фарой-искателем и светомаскировочными фарами (СМУ). Для перевозки различными видами транспорта служили специальные крепежные приспособления, а при движении в колонне использовались дополнительные световые приборы. В спецкомплект входили стойки для личного оружия, прибор ночного видения, ящик для карт и документов, дозиметрические приборы, дегазационный комплект для обработки личного состава и техники, шанцевый инструмент, медицинская аптечка и огнетушители. Для подключения к внешней электросети имелись штепсельные розетки, при работе на дальних маршрутах на машины навешивали дополнительные фары, канистры для топлива и воды. При перевозке радиоактивных грузов в специальных контейнерах грузовики оборудовали особыми креплениями, продольными дугами для тента и цепью заземления. Обычные с виду бортовые грузовики ЗИЛ-131 с лебедкой, доработанными кузовами, дополнительными световыми приборами, рабочей площадкой над крышей кабины и особой маркировкой служили в системах обеспечения ракетных комплексов для доставки и перегрузки специального оборудования. Для работы с грузовиками ЗИЛ-131 служили универсальные 2-тонные бортовые прицепы СМЗ-8325 (2-ПН-2М) и низкорамные 2,5-тонные шасси СМЗ-8326 Сердобского машиностроительного завода. Автомобили последнего поколения ЗИЛ-131Н, появившиеся во времена кампании по разоружению страны, уже не находили столь же широкого применения в Советской Армии и на экспорт поступали лишь до 1993 года.