Была существенно переработана и конструкция ствольной коробки. В ней очень удачно были скомпонованы все детали автоматики и ударно-спускового механизма. Новая ствольная коробка, выполненная также методом штамповки, принципиально отличалась от предыдущих наличием жестко закрепленного на ней (приклепанного) специального вкладыша, соединявшего ее со стволом. Это было вызвано малой жесткостью штампованной ствольной коробки в АК-46 № 2, получившей много рекламаций на испытаниях. На вкладыше крепились: жесткий отражатель стреляных гильз, сухарь, передняя часть направляющих планок затвора и. кроме того, имелись продольные вырезы. Задние спиральные торцы продольных вырезов служили опорной поверхностью боевых уступов, обеспечивая этим прочное запирание канала ствола. Скос левого продольного паза взаимодействовал со скосом левого упора затвора, заставляя его при переходе в переднее положение разворачиваться.

При этом запирающий выступ затвора сходил с ведущей площадки на наклонную поверхность запирающего фигурного паза затворной рамы, обеспечивавшая дальнейший поворот затвора. Помимо этого во вкладыше имелись вырез для основания прицела, вырез и уступы для крепления магазина. Верхние края штампованной ствольной коробки были теперь загнуты внутрь и образовывали полочки, направляющие движение затворной рамы, а внутри коробки приклепывались угольники, верхние отгибы которых служили направляющими выступами затвора, а нижние – для упрочения ствольной коробки вокруг курка. В боковых стенках коробки были просверлены отверстия под оси ударно-спускового механизма и переводчик-предохранитель. В нижней части ствольной коробки имелось окно для магазина и были приклепаны спусковая скоба и основание пистолетной рукоятки, на котором крепились две деревянные щеки рукоятки с помощью винта с гайкой.

Существенные изменения были внесены и в конструкцию возвратного механизма, состоявшего теперь из возвратной пружины, направляющей трубки, направляющего стержня и шайбы. Как вспоминал сам Михаил Тимофеевич: «Переделали мы … и крышку ствольной коробки, теперь она стала полностью закрывать подвижные части. В результате чего крышку ствольной коробки, предохранявшую внутренние части автомата от загрязнения, теперь фиксировал не стержень, а пятка направляющей телескопической трубки, входившая своим выступом в паз заднего торца ствольной коробки. Спереди крышка крепилась к ствольной коробке передним торцом, входившим в полукруглый паз колодки прицела. Рукоятка перезаряжания, выполненная заодно с затворной рамой, была перенесена на правую сторону, поэтому крышка ствольной коробки наряду со ступенчатым вырезом с правой стороны для выброса гильз (патронов) имела еще и щель для движения рукоятки перезаряжания автомата». Подобное решение было выполнено по требованию стрелков-солдат НИПСВО, которые отмечали, что левостороннее расположение рукоятки перезаряжания в АК-46 № 2 мешает стрельбе в движении на ходу без остановки, задевая за живот автоматчика. В этом же положении для стрельбы неудобно и перезаряжание оружия. Одновременно с этим перенос управления на правую сторону ствольной коробки позволил создать очень удачный переключатель вида огня (переводчик), одновременно являющийся и предохранителем, выполненного в виде единой поворотной детали. Калашников с гордостью говорит об этом: «Очень радовались, что удалось решить проблему переводчика огня. Он стал теперь выполнять несколько функций: обеспечивал переключение огня с одиночного на автоматический и на предохранитель, одновременно закрывал паз для рукоятки перезаряжания, тем самым не только исключая возможность взведения затвора, но и предохраняя ствольную коробку от попадания внутрь пыли и грязи».

Размещение подвижных частей системы автоматики с выносом основной массы затворной рамы за пределы ствольной коробки явилось дополнительным плюсом нового варианта автомата Калашникова, поскольку пороховой нагар и грязь, скапливающиеся внутри ствольной коробки, не мешали их движению. В патрубке газовой трубки имелись отверстия, предназначенные для сброса остаточных пороховых газов. На входной части патрубка имелась коническая расточка, облегчающая вход поршня затворной рамы в газовую камеру. Ударник и боек были выполнены как одна деталь, в связи с чем увеличилась длина хвостовика затвора при одновременном уменьшении его наружного диаметра. Удаление гильзы производилось вращающимся выбрасывателем, смонтированным в затворе, и жестким отражателем, находящимся на левой стороне ствольной коробки. Прицельное приспособление также состояло из открытого секторного прицела и мушки с намушником. Длина прицельной линии составляла 378 мм. Прицельная планка имела на верхней плоскости с правой стороны деления с нечетными цифрами от 1 до 7, соответствующие дальностям стрельбы от 100 до 700 м, а с левой стороны – четные цифры от 2 до 8, для стрельбы, соответственно, от 200 до 800 м. Внизу, на левой стороне прицельной планки, было нанесено деление с буквой, являвшееся постоянной установкой прицела, соответствующее дальности прямого выстрела по грудной цели (высотой 50 см) – 350 м. Прицельная планка имела гривку с прямоугольной прорезью. Существенно увеличилась высота двух крыльев предохранителя мушки, оберегавших се от случайных ударов, а также улучшавших условия прицеливания при ярком освещении. Основание мушки получило трапециевидное окно для уменьшения массы.

Удлиненное деревянное цевье не имело окон для вентиляции ствола, а деревянный приклад автомата АК-47 получил гнездо для принадлежности и металлический затылок с подпружиненной крышкой гнезда пенала с принадлежностью.

Особое внимание было уделено ствольной группе и в первую очередь правильному подбору материалов. Так, ствол выполнялся из специальных оружейных сталей марок 50Р (легированной бором) или 50РА (уменьшенным содержанием вредных примесей), причем для увеличения износостойкости и жаропрочности канал ствола покрыли хромом, толщиной 0,04 мм. Это сразу же дало замечательный результат, повысив живучесть ствола до 15000—18000 выстрелов. Также пересмотрели и конструкцию самого ствола. В нем увеличили камеру сгорания пороха за счет удлинения пульного входа патронника на 10 мм. Наряду с этим группа Калашникова впервые в своей деятельности предприняла попытку добиться уменьшения отдачи и стабилизировать оружие при стрельбе очередями путем введения в конструкцию ствола дульного тормоза, который должен был уменьшить энергию отдачи. На дульном срезе ствола, перед основанием мушки на стволе, крепилась муфта с тремя парами сквозных отверстий диаметром 3,4 мм, уменьшавшими давление пороховых газов в дульной части ствола. Одновременно с этим в подобной конструкции дульного тормоза истекающие из ствола пороховые газы использовались для компенсации положения автомата.

Заслуги М.Т. Калашникова также не стоит преуменьшать. Кропотливая работа конструктора-оружейника сделала свое дело. Автомат теперь полностью удовлетворял все требования по надежности и живучести.

Калашников докладывает офицерам отдела изобретений Главного Артиллерийского Управления Министерства Вооруженных Сил СССР о новой компоновке АК (1949 г.)

Работа автомата Калашникова во время стрельбы производилась следующим образом. Для заряжания оружия присоединялся заряженный магазин. При этом зацеп магазина заходил за выступ ствольной коробки, а опорный выступ заскакивал за защелку, и магазин удерживался в окне ствольной коробки. Верхний патрон, упираясь снизу в затворную раму, несколько опускал патроны в магазин, сжимая его пружину. При постановке переводчика в положение для ведения огня открывался вырез в крышке ствольной коробки для рукоятки затворной рамы. Во время отведения затворной рамы назад, на длину свободного хода, возвратная пружина начинала сжиматься, направляющий стержень входил в канал направляющей трубки. Верхний конец рычага автоспуска выходил из-под выключателя, вследствие чего автоспуск получал возможность поворачиваться под действием своей пружины; отпирающий винтовой скос фигурного паза затворной рамы воздействовал на винтовой скос ведущего выступа затвора, а выступ на заднем торце затворной рамы – на курок; поэтому затвор начинал вращение налево, а курок поворачивался на оси назад, закручивая боевую пружину. При дальнейшем отведении затворной рамы назад затвор поворачивался, и его боевые выступы выходили из-за боевых уступов коробки, а продольный паз на затворе устанавливался напротив отражателя. При повороте затвора его ведущий выступ заходил в расширенную часть фигурного паза затворной рамы, после чего передняя закругленная стенка этого паза, действуя на ведущий выступ затвора, отводила его назад. Курок под действием затворной рамы продолжал поворачиваться назад. Автоспуск под действием своей пружины также разворачивался назад, его выступ (шептало) заскакивал под взвод автоспуска курка, рычаг автоспуска поднимался вверх. Как только досылатель затвора проходил заднюю стенку приемника магазина, патроны под действием подавателя магазина начинали перемещаться вверх, и верхний патрон становился на пути движения затвора, после чего головка отражателя выходила из паза затвора. Движение затворной рамы ограничивалось затыльником ствольной коробки. В этот момент возвратная пружина приобретала наибольшее сжатие. При отпускании рукоятки перезаряжания затворная рама вместе с затвором под действием разжимающейся пружины подавалась вперед. Затворная рама прямолинейной стенкой расширенной части фигурного паза действовала на задний плоский торец ведущего выступа затвора и вела затвор вперед. Отражатель выходил в паз затвора. В это же время досылатель затвора выталкивал очередной патрон из-под загиба магазина, который направлялся в патронник первоначально скосами на направляющих полочках в ствольной коробке и фаской на сухаре, а затем и кольцевой фаской на казенном срезе патронника. Затвор под действием скоса левого выреза ствольной коробки на скос левого боевого выступа затвора. Затем под действием фигурного паза затворной рамы на задний торец ведущего выступа затвора поворачивался вокруг продольной оси вправо, благодаря чему осуществлялось движение затвора вперед до запирания. Зацеп выбрасывателя перескакивал через закраину гильзы патрона, заходя в выточку, а дно гильзы входило в чашечку затвора. После чего боевые выступы затвора заходили за боевые упоры вкладыша ствольной коробки. Таким образом, происходило запирание канала ствола. Затворная рама, перемещаясь вперед, своим выступом отклоняла вперед и вниз рычаг автоспуска, который поворачивался вперед, при этом его шептало выхолило из-под взвода автоспуска курка. Курок под действием боевой пружины поворачивался вперед, становясь на шептало боевого взвода. Автомат был заряжен и готов к стрельбе.