Уже через год после присвоения предприятию имени И. А. Лихачева заводу удалось модернизировать прежний ЗИС-150 и поставить на конвейер 4-тонный вариант ЗИЛ-164, внешне отличавшийся только вертикальной решеткой радиатора и широким штампованным бампером. В техническом отношении он являлся переходной моделью от устаревшего грузовика ЗИС-150 к машинам нового поколения ЗИЛ-130. В 1957 – 1961 годах в производстве находился базовый автомобиль ЗИЛ-164
, оборудованный модернизированным 6-цилиндровым двигателем мощностью 97 л.с., новыми задним мостом со штампованным картером, промежуточной опорой карданного вала и жидкостным отопителем в кабине. В 1961 – 1965 годах, в связи с задержкой организации серийного производства модели ЗИЛ-130, выпускался модернизированный грузовик ЗИЛ-164А, оборудованный агрегатами и узлами от перспективной машины. Его внешними отличиями от предыдущей 164-й модели были плоские угловые площадки в пространстве между бампером и обоими крыльями. На нем устанавливался тот же двигатель с новыми топливным насосом повышенной производительности, маховиком, вентилятором, радиатором и модернизированным карбюратором, мощность которого достигла 100 л.с. В комплектацию автомобиля входили однодисковое сухое сцепление, синхронизированная 5-ступенчатая коробка передач, барабанный ручной тормоз, тормозной кран и передние телескопические гидроамортизаторы от ЗИЛ-130, а с 1962 года еще и задний мост от будущего грузовика с уменьшенным передаточным отношением главной передачи. Снаряженная масса автомобиля возросла до 4100 кг, полная составила 8325 кг, максимальная скорость увеличилась до 75 км/ч. С этого времени объемы производства ЗИЛ-164А стали быстро сокращаться. Его выпуск прекратился в октябре 1964 года, вскоре после постановки на производство 130-й модели.Московский автозавод на шасси ЗИЛ-164 и ЗИЛ-164А предлагал бортовые варианты 164Р
и 164АР соответственно, снабженные 109-сильным вариантом базового двигателя и отводом от пневматической тормозной системы на тормоза буксируемого прицепа. Одновременно на этих шасси Мытищинский завод выпускал 3,5-тонные строительные самосвалы ЗИЛ-ММЗ-585И и 585Л с цельнометаллическими кузовами заднего опрокидывания и седельные тягачи ЗИЛ-ММЗ-164Н и 164АН для буксировки полуприцепов полной массой 9,5 т. Последние имели укороченную на 747 мм заднюю часть рамы, были оборудованы 104-сильным двигателем с двухкамерным карбюратором и усиленными системами охлаждения и смазки, увеличенным передаточным отношением главной передачи, двумя топливными баками по 150 л и пневматическим отводом на полуприцеп. В общей сложности автомобили 164-й серии были изготовлены в количестве 385 691 экземпляр.Эти грузовики, как и их предшественник ЗИС-150, также состояли в Советских Вооруженных Силах и отправлялись на экспорт в союзные страны. Их также использовали в бортовых исполнениях и в составе автопоездов на общих транспортных операциях и в системе тылового обеспечения. Для монтажа радиостанций и командных пунктов применялись специальные военные версии 164Д
и 164АД c экранированным электрооборудованием, а строительные самосвалы служили в инженерных частях. От машины ЗИС-150 по наследству грузовикам ЗИЛ-164 и ЗИЛ-164А перешли базовые военные надстройки, которые просто переставляли на новые шасси без особых изменений. К ним относились автоцистерны АЦ-4, топливозаправщики ТЗ-150, автокраны ЛАЗ-690, армейская подвижная ремонтная мастерская ПРМ-54, аэродромная прожекторная станция АПМ-90 и другие. В типовых кузовах с высоким тентом размещались различные виды полевых мастерских. Со временем специально для новых автомобилей были созданы модернизированные версии прежних надстроек, а также ряд новых кузовов и оснащения армейского и авиационного назначения. Среди них были, например, новые аэродромные средства связи и машины химической службы. Грузовики 164-й серии служили в группах Советских войск в ГДР, ЧССР и ПНР, а также в финской армии, где на них монтировали надстройки местного изготовления. В 1961 году доработанный серийный седельный тягач ЗИЛ-ММЗ-164Н с задними арочными шинами проходил приемочные военные испытания в сцепе со специальным грузопассажирским армейским полуприцепом ММЗ-584Г с такими же колесами.Серийный грузовик ЗИЛ-164А с оборудованием сварочной мастерской. 1963 год.
АЦМ-4-164
(1957 – 1964 гг.) – автоцистерна двойного назначения вместимостью 4000 л на шасси ЗИЛ-164. Выпускалась Грабовским и Реутовским заводами и служила для транспортировки, временного хранения фильтрованного топлива и механизированной заправки военной техники в армейском и войсковом тылу. От аналогичной автоцистерны АЦМ-4-150, ранее выпускавшейся на шасси ЗИС-150, отличалась новыми насосом СЦЛ-100, счетчиком топлива, фильтром и рядом модернизированных узлов.