Однако, в отличие от сталинградского СТЗ-З, тихоходный и громоздкий С-60 с полужесткой подвеской практически не подходил для этой цели. Ни один его агрегат не мог быть использован в скоростной модификации без радикальных переделок или полной замены. Тем не менее, в начале 1935 года коллектив НАТИ во главе с начальником тракторного отдела В.Я.Слонимским и ведущим конструктором А.А.Крейслером взялся за эту сложную и неблагодарную работу — слишком велико было желание дать стране еще одну транспортную машину. На прототипе транспортного трактора «Сталинец-1» (С-1 или «Скоростной») в конструкцию машины, по сравнению с базовой, внесли кардинальные изменения: подняли мощность двигателя путем увеличения частоты вращения, степени сжатия и перевода его на бензин (вместо лигроина); добавили четвертую ступень в коробку передач и расширили ее силовой диапазон; создали многокатковый движитель с двойной эластичной подвеской; применили легкую мелкозвенчатую гусеницу; использовали пневмоусилители управления бортовых фрикционов. Компоновку изменили по опыту СТЗ-5 — двигатель сместили вперед и заключили внутрь кабины, сзади, на освободившемся месте установили кузов, под ним —лебедку от тягача «Коминтерн». С-1 построили осенью 1935 года в НАТИ, а 10 декабря после прохождения испытаний он был показан вместе с новыми тракторами в Кремле И.В.Сталину и другим руководителям государства. В следующем году по результатам испытаний усилили подвеску, мощность двигателя довели до 120 л.с. (и даже до 130 л.с.) при 1200 об/мин, то есть она увеличилась почти вдвое по сравнению с С-60, при этом скорость машины повысилась. Зимой 1937-го С-1 проходил испытания (водители — А.В.Сапожников от НАТИ и В.И.Дурановский — от ЧТЗ) уже как артиллерийский тягач на Лужском полигоне, где показал неплохие результаты: среднюю скорость по шоссе без прицепа — 22 км/ч, с артсистемой массой 7,2 т — до 17 км/ч, с массой 12 т — до 11 км/ч, подъем 24° — без прицепа и 12,5° —с прицепом. Однако в это время ЧТЗ уже интенсивно готовился к переходу на новый базовый трактор С-65 с дизелем НАТИ М-17 (75 л.с.), поэтому бензиновый С-1 оказался бесперспективным.

Ранний образец тягача С-2 перед стартом пробега Челябинек — Москва. 26 июля 1929 г.

Серийный трактор С-2 во время проведения полигонных испытаний

Новый транспортный трактор с дизелем, также форсированным до требуемой, более высокой мощности, пришлось создавать почти с нуля, одновременно существенно дорабатывая подвеску и ходовую часть.

Транспортной модификацией двигателя М-17 с конца 1936 года занимался ведущий конструктор-дизелист НАТИ А.В.Лебедев, а также инженеры В.Н.Попов и А.С.Балаев. Рабочий объем мотора увеличили на 14,3% путем доведения диаметра цилиндров до 155 мм — предела, обусловленного измененной конструкцией блока и поршневой группы; частоту вращения повысили на 35%; расширили фазы газораспределения; применили новую форкамеру. Весной 1937 года дизель МТ-17 был построен в НАТИ. Одновременно с ним компоновался и новый трактор «Сталинец-2». Очередной раз переделывались подвеска и ходовая часть, вносились изменения в трансмиссию. В конце года первый С-2 вышел на испытания, которые показали, что он требует серьезной конструкторской доработки. Однако острая потребность в артиллерийских тягачах для армии в преддверии войны вынудила передать «сырую» недоведенную машину в производство. Осенью 1938 года на ЧТЗ начали изготавливать опытную партию С-2 по чертежам НАТИ, прошедшим предварительную технологическую проработку. Напряженное положение на заводе с выпуском обычных тракторов, освоение газогенераторных машин и многие посторонние заказы затянули выпуск предсерийных С-2 до следующего лета. Для проверки их работоспособности и эксплуатационных качеств был организован пробег двух тягачей из Челябинска в Москву, куда они благополучно прибыли 14 августа, преодолев почти 2000 км за 12 ходовых дней (проходили до 167 км в день). Естественно, пробег выявил так и неустраненные изъяны: недостаточные мощность, скорость и грузоподъемность при завышенной собственной массе, а кроме того, быстрый износ ряда деталей. Доработкой трактора перед сдачей его в серийное производство (план на 1939 год — 200 машин) занимались представитель НАТИ А.А.Крейслер и ведущий конструктор ЧТЗ В.И.Дурановский.

В последнем квартале 1939 года две машины проходили жесткие армейские испытания на танковом полигоне под Кубинкой и, по заключению военных, не выдержали их — по надежности, прочности, удобству управления и обслуживания. Правда, динамика тракторов была признана удовлетворительной — они уверенно буксировали по шоссе и по грунту тяжелые артсистемы А-19 и Б-4, развивая тягу до 6171 кгс при скорости 3,66 км/ч, преодолевали подъемы свыше 25° (с прицепом — 15°), крены — 18°, спуски— до 33°, броды —до 0,8 м. Средняя скорость с прицепом по шоссе — до 15 км/ч, по грунту—10 км/ч, максимальную скорость трактор набирал за 18 с.

В начале 1940 года С-2 проходил «отехнологичивание» конструкции с тем, чтобы максимально унифицировать его производство с С-65 и собирать их на общем конвейере. Параллельно с освоением продолжалось совершенствование С-2 на третьей серии образцов по результатам полигонных испытаний. В итоге управление бортовыми фрикционами перенесли с неудобной правой стороны на левую и объединили его с управлением тормозами, еще раз переделали уплотнения заднего моста, усилили ходовую часть, разработали новую лебедку, облегчили запуск двигателя, применили автомобильную кабину (вместо самодельной). И хотя машина была еще далека от совершенства, да и масса ее оставалась слишком большой, на полную доводку уже не хватало времени.

Трактор С-2 во время испытаний на НИБТПолигоне ГАБТУ Красной Армии. Осень 1939 г.

Летом С-2 продемонстрировали на ВСХВ. Он имел типичную для транспортного трактора плотную схему размещения агрегатов с предельно сдвинутыми вперед двигателем и кабиной на удлиненной полураме, задняя часть которой крепилась к несущей главной передаче. Двигатель МТ-17 — относительно тихоходный четырехцилиндровый, четырехтактный дизель с тракторной компоновкой (типа «Катерпиллер») — отличался высокой надежностью, долговечностью и экономичностью, хотя и имел увеличенные массу (2200 кг) и габариты, то есть был явно «нетранспортного» типа. Шестеренные приводы всех вспомогательных агрегатов работали безотказно. Был добавлен глушитель выхлопа, изменен всасывающе-выхлопной коллектор. Воздухоочиститель устанавливался в кабине. МТ-17 мог уверенно работать не только на дизтопливе, но и на смеси автола с бензином и керосином, что нередко использовалось во фронтовых условиях. Легко заводился даже при — 30 °С от специального пускового бензинового двигателя В-20 мощностью 20 л.с., в свою очередь, имевшего ручной и автомобильный электростартеры. При холодном запуске существенным было то обстоятельство, что В-20 одновременно с прокручиванием дизеля через двухступенчатый редуктор прогревал его систему охлаждения и всасывающий тракт.