С 1951 года велись интенсивные работы по установке на БТР более мощного средства борьбы с низколетящими целями — счетверенной зенитной установки ЗТПУ-4 из крупнокалиберных 14,5-мм пулеметов КПВ с боезапасом 2000 патронов. Задача оказалась более сложной, чем предполагалось: в связи с увеличенной энергией отдачи требовалось значительно повысить жесткость крепления опорных параллелограммов установки на постаменте, надо было разместить боевой расчет из 5 человек (наводчик и 4 заряжающих), да и стрелять им стало бы намного труднее — увеличились усилия на по-прежнему ручных приводах наведения, усложнилось удержание цели в поле зрения прицела. Пришлось вводить достаточно тяжелый и трудоемкий в изготовлении электромеханический привод наведения установки. Сначала он питался от двух танковых аккумуляторов 6-СТ-128 (на размещение более мощных 6-СТЭН-140М не хватало места), заряжаемых от маломощного генератора, приводимого мотоциклетным двигателем К-125 (4,5 л.с.), который, однако, не обеспечивал положительного баланса электропитания приводов и аккумуляторов — их емкости хватало всего на 50 минут работы. Систему переделали на питание от двух танковых генераторов Г-73 (по 1,5 кВт), приводимых от основного двигателя через коробку отбора мощности. Электроприводы стали более работоспособными, что позволило сократить расчет до трех человек.
В 1952 году построили два опытных образца ЗИС-152Д, но до большой серии их не довели — в 1954 году изготовили всего две машины установочной партии. В 1955 году доработанная ЗТПУ-4 на шасси БТР-152Д вновь проходила полигонные испытания и снова неудачно: были отмечены плохая устойчивость при стрельбе, перегруженность и низкая живучесть ходовой части. В десантном отделении не удавалось разместить запасные коробки с патронами. На этом все дальнейшие работы по ЗТПУ-4 на базе БТР-152 были прекращены как бесперспективные.
В январе 1953 года построили опытные образцы ЗИС-152Б ("объект 140Б")— подвижного пункта управления артиллерией с бронекорпусом увеличенной высоты и без вооружения. Впоследствии изделие было трансформировано в подвижный командный пункт и машину связи с мощной рацией Р118, которая выпускалась под индексом БТР-152С в 1955—1959 годах (всего —272 машины), но уже на новом шасси "123В". Ее общая высота увеличилась до 2820 мм. Осенью 1956-го на этом же шасси "123В" построили машину управления ЗИЛ-152И, корпус которой имел высокую надстройку с четырьмя боковыми фонарями (пулестойкими "триплексами"), закрытую бронекрышей. Внутри были оборудованы рабочие места операторов со средствами связи. Имелись системы вентиляции и обогрева на стоянке: две электропечи напряжением 220 В (питание — от постороннего источника) и печь с трубой, работавшая на твердом топливе. В 1957 году ЗИЛ-152И готовился к мелкосерийному производству; впоследствии оно было продолжено на Брянском автозаводе (БАЗ).
После освоения массового производства ЗИС-152, решив неотложные задачи по его конструкторской и технологической доводке, с 1953 года взялись за более радикальные усовершенствования, фактически — за коренную модернизацию. В апреле 1952 года ведущим конструктором по "объекту 140" был назначен Н.И.Орлов.
В ноябре 1953 года после формальной ликвидации спецбюро ЗИС по вооружению (существовало с 1943 года) он стал начальником особого "Бюро внешних заказов", призванного вести все перспективные работы по БТР и их модификациям, а также конструкторское сопровождение серийного производства. Для повышения статуса данного бюро одновременно Н.И.Орлов получил должность заместителя главного конструктора завода по спецпроизводству.