В мае в районе г.Чехова начались заводские испытания. Для их проведения на достаточно высоком техническом уровне в 1949 году была создана спецлаборатория "152", руководимая Н.Е.- Калединым. Причем доводка БТР шла с опережением аналогичных работ по другим трехосным машинам завода, что потом способствовало совершенствованию их слабых узлов — балок мостов, шкворневых узлов, подвесок, элементов двигателя. Быстро выявился еще один дефект, свойственный в той или иной степени всем автомобилям ЗИС — недопустимый перегрев масла в двигателе при движении в тяжелых дорожных условиях. Путь "лечения" был известен — установка маслорадиатора, для чего пришлось спроектировать двухсекционный маслонасос повышенной производительности. Впоследствии он стал устанавливаться и на обычные ЗИС-151. Для улучшения продувки мотоотсека по его бортам сделали броневые отдушины. Для исключения поломок вентилятора от инерционных перегрузок его крестовину закрепили на промежуточных резиновых втулках —по типу "Майбах". Мощностные и моментные показатели были повышены за счет установки в 1948 году верхнего карбюратора МКЗ-16В (будущий К-81), выполненного по оригинальной отечественной схеме (автор — А.С.Абрамсон). Позже, после доработки, он устанавливался на всех 6-цилиндровых двигателях ЗИС.
Исходно слабым для БТР оказалось взятое за основу шасси ЗИС-121 — по воспоминаниям Б.М.Фиттермана, вначале с ним мучились отчаянно[* Частое разрушение ("сгорание") муфты сцепления из-за возросших динамических нагрузок и большой работы буксования, особенно допускаемой малоопытными армейскими водителями, удалось предотвратить применением специальной асбокаучуковой композиции (как на ЗИС-110) для фрикционных накладок ведомых дисков.]. Прогиб балок мостов был ликвидирован заметным (почти на 20 мм) увеличением наружного диаметра их чулков. Хронические поломки концов передних рессор удалось устранить только установкой съемных стальных ушек. Для увеличения динамических ходов передней подвески и повышения тем самым плавности хода нижняя часть несущего корпуса была поднята на 120 мм. Вносились и другие усовершенствования, но в целом машина получилась удачной и сразу, как бы на одном дыхании. Неизбежные доработки не носили принципиального характера и не требовали радикальных переделок конструкции.
Максимальная скорость движения по шоссе достигала 80 — 87 км/ч. Благодаря хорошей длинноходовой передней подвеске с эффективными амортизаторами и более совершенному движителю при увеличенной удельной мощности средняя скорость движения БТР по типовому маршруту бездорожья с полной (боевой) массой 8600 кг вдвое превышала таковую у ЗИС-151 (64 км/ч против 33 км/ч). Преодолеваемый подъем по грунту составлял 34°, брод —до 0,9 м, ямы — глубиной до 0,6 м. Клиренс под мостами равнялся 290 мм. Проходимость ЗИС-152 была в целом намного выше, чем у ГАЗ-63, ставшего к тому времени в армии как бы эталоном по этому показателю. Запас хода был большой (важно для БТР) и в среднем достигал 600 км (по проселку — 350 — 550 км, по шоссе —до 750 км). Машина имела умеренйые габариты: длина — не более 6550 мм, высота по корпусу без вооружения — 2000 мм.
В течение мая—декабря 1949 года 8 из построенных к тому времени 12 полноценных и доработанных образцов с муромскими бронекорпусами проходили войсковые испытания, показавшие в целом их надежность, соответствие ТТТ, удобство и простоту обслуживания. С начала 1949 года по 1950-й на полигоне в районе ст.Донгузской испытывались зенитной стрельбой по конусам две машины ЗТПУ-2 (ЗИС-152А), тоже с положительными результатами, хотя отмечалась недостаточная скорость ручного наведения (электропривода на машине не было); по вертикали — до 37 град./с, по горизонту—до 46 град./с, при частоте вращения штурвалов 2 с. Расчет состоял из-наводчика и двух заряжающих. Средняя боевая скорострельность установки была сравнительно неплохой — 70 выстр./мин при максимальной 484 выстр./мин. Высокая начальная скорость пули (V°=990 м/с) обеспечивала уверенную досягаемость огня по воздушной цели, летящей со скоростью до 600 км/ч на высоте 500— 1000 м, то есть поражение бронированных штурмовиков противника или самолетов поля боя. Горизонтальная дальность эффективного огня составляла 2000 м и хорошо обеспечивалась телескопическим прицелом ОП-1-14. Для зенитной стрельбы использовался коллиматорный прицел ВК-4.