Для своих первых экспериментальных четырехосных шасси ЗИС-Э134 и ЗИЛ-134 рамной конструкции со всеми односкатными колесами Грачев избрал схему с равномерно разнесенными по базе ведущими мостами. Почти на всех последующих четырехосных машинах, составивших многочисленную серию ЗИЛ-135, применялась традиционная для СКБ, но достаточно редкая в мировой практике компоновка с двумя сближенными средними неуправляемыми мостами и двумя крайними парам управляемых колес, отклонявшихся в разные стороны. За вынесенной вперед кабиной устанавливался широкий моторно-трансмиссионный отсек и за ним – открытая монтажная площадка для установки военных надстроек.

Главным сдерживавшим фактором их разработки и внедрения являлось отсутствие в стране достаточно мощного, простого, экономичного и легкого силового агрегата, за которым потянулась вся характерная цепочка механизмов привода ведущих колес с присущими им достоинствами и недостатками. В результате на большинстве четырехосных машин Грачева монтировали верхнеклапанный 8-цилиндровый V-образный бензиновый двигатель ЗИЛ-375Я (6962 см3, 180 л.с.) с экранированным электрооборудованием, в то время как за рубежом на тяжелых военных машинах уже давно стояли экономичные дизели, но их преимущества Грачев патриотично «не считал определяющими». Базовый бензомотор ЗИЛ-375 V8 устанавливался также на армейских грузовиках «Урал-375» и на некоторых автобусах, а отличия модели 375Я состояли в основном в подборе более мощных компонентов электрооборудования и нового предпускового подогревателя. Сравнительно малая мощность двигателя заставила устанавливать сразу два параллельных мотора, от которых крутящий момент подавался на собственные бортовые трансмиссии с многочисленными редукторами для индивидуального привода колес каждой стороны машины. Такая система передачи мощности существовала еще со времен Первой мировой войны и тогда была обусловлена отсутствием работоспособных шарниров равных угловых скоростей, а в конце 1920-х годов ее преобразовали в два параллельных ряда механических редукторов для передачи крутящих моментов на каждое колесо. В то время эта схема считалась вершиной конструктивного совершенства: она позволяла автомобилю передвигаться при выходе из строя одного из мостов или сразу 2 – 3 колес, то есть надежно обеспечивала ему живучесть, особо важную в боевых условиях. В послевоенные времена, когда за границей появились мощные дизели, надежные трансмиссии и системы подкачки, позволявшие машине перемещаться с пробитыми шинами, бортовая трансмиссия постепенно стала забываться, но в московском СКБ ее реанимировали, добавив к ней еще и второй силовой агрегат. Конечно, максимально дублированная двухмоторная и двухтрансмиссионная концепция существенно повышала живучесть автомобилей, не требовала применения дифференциалов и допускала движение на одном двигателе, но на деле оказалась слишком сложной и трудоемкой в эксплуатации и обслуживании. Впрочем, она получилась почти в два раза легче, чем более мощные, солидные и прочные классические трансмиссии автомобилей главного «конкурента» – Минского автозавода.

Второе вполне современное и здравое первоначальное решение Грачева о применении бесступенчатой гидромеханической трансмиссии с гидротрансформатором и планетарной коробкой передач позволяло автоматизировать управление автомобилем, создавать необходимое плавно изменявшееся тяговое усилие на колесах, исключало опасность остановки двигателя при больших перегрузках и не требовало высокой квалификации военных водителей. Однако эта не слишком надежная и еще более сложная, капризная и дорогая в производстве конструкция так и не прижилась, а на конечном этапе разработок машин 135-й серии уступила место «нормальной» механической коробке передач, которую монтировали затем почти на всех серийных машинах, выпускавшихся в Брянске.

Третье важное направление сложилось одновременно с вполне естественной ставкой на использование эластичных широкопрофильных шин с системой регулирования внутреннего давления и заключалось в отказе от какой-либо подвески вообще. При четырехосной схеме с шинами сверхнизкого давления любую независимую подвеску Грачев вообще считал ненужной, ибо она приводила «к излишней комфортабельности, неоправданной назначением автомобиля». Действительно, такое странное решение позволило упростить и облегчить машину, но в то же время привело к неприятному эффекту – галопированию. Так называли достаточно сильные продольные раскачивания корпуса автомобиля вокруг средних осей – монотонные резонансные колебания, появлявшиеся в разных скоростных режимах при движении по дорогам с твердым покрытием и чередующимися с определенным шагом неровностями высотой 25 – 100 мм. С тряской и подпрыгиваниями на дороге можно было бороться путем снижения скорости передвижения и давления в шинах, а солдатам-водителям предписывалось во избежание травм пристегиваться ремнями. Кстати, это были первые в СССР ремни безопасности обязательного применения. Конечно, советский солдат мог вынести любые невзгоды воинской службы, но когда на этих машинах потребовалось устанавливать ракетные комплексы со спецзарядами, раскачивания, тряска и удары от неровностей могли дорого стоить: ядерные боеголовки требовалось тщательно оберегать и обогревать, и долгой тряски они могли не выдержать. Так на крайних колесах ракетных шасси появились независимые торсионные подвески, но окончательно и бесповоротно с галопированием справиться так и не удалось.

Несмотря на недостатки, сухопутные четырехосные шасси серии ЗИЛ-135 брянской сборки применяли в Советской Армии и ВМФ СССР, но только лишь для монтажа пусковых установок ракетных комплексов «Луна-М» тактического звена, реактивных систем залпового огня «Ураган», береговых и разведывательных комплексов единичного изготовления. По сравнению с гусеничными они имели повышенную мобильность и увеличенный ресурс ходовой части, обладали более высокими скоростями и маневренностью, были экономичнее и дешевле в эксплуатации. Важным достижением на ракетных шасси считалось первое в отечественном военном автомобилестроении применение стеклопластика (полиэфирной смолы, армированной стекловолокном) для изготовления кабин, оперения, бензобаков, опытных корпусов амфибий и мелких деталей.

Первой работой московского СКБ стал экспериментальный макетный образец сухопутного 5-тонного капотного автомобиля-тягача ЗИС-Э134 Макет № 1 (8x8), сборка которого завершилась 17 августа 1955 года. Внешне он напоминал обычный армейский бортовой грузовик ЗИС-151, поставленный на четыре равномерно разнесенных ведущих моста с расстоянием между ними по 1500 мм. Главной целью его создания являлась первая проверка и практическое опробование основных концептуальных идей будущих вездеходных машин. На нем впервые удалось воплотить большинство передовых конструктивных решений, позволявших добиться резкого повышения проходимости, тягово-сцепных качеств и мобильности в труднопроходимых дорожных условиях. Их воплощениями стали мощный силовой агрегат, гидротрансформатор с расширенным диапазоном регулирования крутящего момента, все односкатные колеса с практически одинаковой колеей, шины большого сечения с системой регулирования внутреннего давления и гидроусилитель рулевого управления. Вместе с тем требования максимальной унификации с серийной продукцией привели к установке на первом варианте ЗИС-Э134 обычной механической коробки передач, неразрезных мостов на рессорной подвеске и других агрегатов и узлов от автомобилей ЗИС-150, ЗИС-151 и бронетранспортера БТР-152.