В автомате Калашникова АК-46 № 2 все удачные достижения АК-46 № 1 (система автоматики и конструкция многих узлов и деталей) остались в неизменном виде. В первую очередь переделка была направлена на повышение надежности работы его узлов и механизмов. Этого попытались достигнуть за счет отказа от прежней составной фрезерованной ствольной коробки, открытой сверху для грязи и песка. Ее заменили закрытой штампо-сварной коробкой, которая во многом повторяла аналогичную конструкцию в немецком автомате МР.43. В нижней части ствольной коробки имелась приваренная горловина магазина, которая повысила жесткость крепления магазина в ствольной коробке. Коробка ударно-спускового механизма с пистолетной рукояткой и присоединенным к ней деревянным прикладом крепилась к ствольной коробке шпильками. В конструкции заднего упора направляющего стержня возвратной пружины, входившего в паз ствольной коробки, прослеживается влияние подобного узла в пистолете-пулемете Судаева ППС-43. Оригинальной особенностью нового автомата М.Т. Калашникова стала и его ствольная коробка. Она перестала быть несущей деталью, и теперь лишь обеспечивала направление движения подвижной системы автоматики. Теперь стебель затвора вместе с затвором короткими направляющими выступами были посажены на внутренние направляющие плоскости отбортовок коробки и перемещались по четырем плоскостям, образованным зигами (выштамповками) в ствольной коробке. Рукоятка перезаряжания, смонтированная на ствольной коробке и связанная с затворной рамой только гребнем зацепа, оставалась неподвижной при стрельбе. Прорезь в пенке ствольной коробки для рукоятки перезаряжания закрывалась пылезащитной планкой.
Внесение коренных изменений в технологию производства основной детали оружия – ствольную коробку, с переводом ее с фрезеровки на штампо-сварную конструкцию предполагало уменьшение трудоемкости изготовления. Кроме того, этим достигалось и некоторое снижение массы оружия. Также был укорочен ствол на 50 мм, и теперь его длина составляла 400 мм.
В соответствии с требованиями новый автомат Калашникова был изготовлен в двух вариантах – собственно пехотный автомат АК-46 № 2 с деревянным прикладом и автомат АК-46 № 3 для ВДВ и других специальных родов войск с металлическим, складывающимся под ствольную коробку, прикладом, конструктивно аналогичным складному прикладу немецких пистолетов-пулеметов МР.38/МР.40. Подобный приклад, состоявший из двух штампо-сварных тяг, плечевого упора и механизма фиксации, обеспечивал удобство обращения с оружием – в походном положении, при передвижении на лыжах, прыжках с парашютом, а также его использования для стрельбы из танков, бронетранспортеров и т. д. Стрельбу из автомата АК-46 № 3 предполагалось вести с откинутым прикладом, однако в случае невозможности можно было стрелять из оружия и при сложенном прикладе. В этом образце была несколько изменена конструкция задней части ствольной коробки.
Но и в АК-46 № 2 и № 3 оказалось далеко не все удачным. Наряду с техническим несовершенством свойственным любой опытной конструкции, автоматы АК-2, по словам Зайцева, «…с эксплуатационной точки зрения… были несколько отличны от современных автоматов, т. к. для неполной разборки откидывался только спусковой механизм с рукояткой, что влекло за собой большие неудобства при чистке и смазке автомата», поскольку, как и в ППС, во время разборки автомата Калашникова АК-46 № 2, внутри ствольной коробки оставались затворный узел и возвратный механизм. На это свойство нового оружия обратили внимание не только заводские испытатели, но и комиссия НИНСВО. Масса автоматов АК-46 № 2/АК-46 № 3 (с пустым магазином) – 4,3/4,1 кг, общая длина – 950/900 мм (со сложенным прикладом – 660 мм), темп стрельбы – 855 выстр/мин.
Комиссии пришлось в очередной раз отправить автоматы на доработку. Лидерами этого тура стали автоматы Дементьева и Булкина. К автомату Калашникова было намного больше замечаний, однако по результатам испытаний он давал меньше задержек при стрельбе по сравнению с автоматами Булкина и Дементьева. Каким-то чудом М. Калашникову все-таки удалось удержаться в составе участников конкурса, и теперь ему предстояла серьезная работа над ошибками.
Наиболее важным отличием автоматов Булкина и Дементьева от оружия Калашникова стало удачное решение затвора с поворотом при запирании, созданного в едином узле с более тяжелой (по отношению к затвору) продольно скользящей затворной рамой (совмещенной со штоком газового поршня), выполнявшей роль ведущего звена автоматики. Подобное утяжеление рамы за счет включения газового поршня в ее массу привело к росту запаса кинетической энергии ведущего звена автоматики, принимавшего на себя практически все динамические нагрузки, что позволило практически полностью исключить задержки при стрельбе из-за загрязнения оружия. Подобная конструкция затворной рамы положительно сказалась на надежности работы подвижных деталей автоматики у конкурентов Калашникова и стала одной из предпосылок для их рывка вперед.