В первой половине 60-х гг. предприятие получает государственное задание освоить производство специальной колесной техники, предназначенной для размещения новейших ракетных вооружений. Разработка, изготовление опытных образцов и всесторонние испытания проводились на ЗИЛе в СКБ, которым руководил В.А. Грачев. К тому времени это подразделение занимало ведущие позиции в стране в области автомобилей высокой проходимости. Уникальный мобильный комплекс ЗИЛ-135К с пусковой установкой крылатой ракеты С5 был показан на военном параде 7 ноября 1961 г., что привело в трепет военных специалистов североатлантического блока, поскольку ничего подобного на Западе тогда не существовало.

В серию колесное шасси с длинной базой ЗИЛ-135К (ведущий конструктор Ю.В. Балашов) вошло в 1962 г. Чтобы уложиться в очень жесткие рамки тактико-технических требований, инженерам, проектировавшим транспортер, пришлось прибегнуть к весьма неординарным конструктивно-компоновочным решениям. Имея общую габаритную длину 13,5 м, установка несла 12-метровый пусковой контейнер. Этого удалось добиться за счет того, что кабина располагалась в переднем свесе, а под ней размещался моторный отсек с двумя 180-сильными бензиновыми двигателями ЗИЛ-375Я и ЗИЛ-375Я2. Для повышения тягового усилия во время движения по бездорожью каждый мотор посредством карданного вала соединялся с трехступенчатой гидромеханической коробкой передач, от которой крутящий момент с помощью бортовых и колесных редукторов передавался колесам своего борта. Сближенные средние колеса и разнесенные крайние позволяли преодолевать различные профильные препятствия — ямы, окопы, рвы. Машина уверенно преодолевала подъемы крутизной 31°, рвы шириной свыше 2 м, брод глубиной до 1,5 м. Для улучшения маневренности управляемыми выполнили колеса передней и задней осей. Интересной особенностью автомобиля стало отсутствие упругой подвески. Ее роль выполняли высокоэластичные шины с большим объемом заключенного в них воздуха. Колеса жестко прикреплялись к мощной лонжеронной раме. Кабину, вмещавшую экипаж из четырех человек, выполнили из стеклопластика, а лобовому стеклу придали обратный наклон. Установка, получившая обозначение «2П30», на твердой дороге разгонялась до 60 км/ч.

Всё время пока на БАЗе выпускался ЗИЛ-135К, автоматические коробки передач для него поставляло инструментальное производство ЗИЛа. Однако из-за трудностей с изготовлением этого сложного агрегата новое шасси ЗИЛ-135Л (ведущий конструктор — А.Н. Нарбут), уже проходившее испытания, уступило место более простой модели ЗИЛ-135ЛМ, оснащенной в СКБ В.А. Грачева механической трансмиссией. Эту модель и стали изготавливать на БАЗе. Тесное взаимодействие обоих заводов позволило уже в декабре 1964 г. собрать в Брянске первые 10 серийных машин ЗИЛ-135ЛМ, а позже развернуть выпуск ЗИЛ-135ЛТМ.

Вседорожники имели оригинальную компоновку. Каждый из двух двигателей ЗИЛ-375 передавал мощность с помощью многоступенчатой бездифференциальной трансмиссии на колеса своего борта. Жесткая кинематическая связь между колесами каждого борта позволяла реализовать максимальную тягу, развиваемую движителями в условиях полного бездорожья. Внутреннее давление в высокоэластичных шинах размерностью 16.00–20 менялось в диапазоне от 0,5 до 2,0 бар. Вторая и третья оси были сближены, а первая и четвертая разнесены и выполнены управляемыми. При габаритной длине шасси около 9,3 м минимальный радиус поворота составлял 12,5 м. Размещение неуправляемых осей вблизи центра масс автомобиля уменьшало затраты мощности на преодоление сопротивления при повороте. Независимую торсионную подвеску имели только управляемые колеса, средние были связаны с рамой посредством кронштейнов. Плавность хода при этом практически не ухудшилась. Четырехместная кабина, расположенная впереди моторного отсека, была выполнена из стеклопластика, также как мотоотсек и крылья. Автомобиль мог преодолеть подъем с углом 30° и брод глубиной до 1,2 м. Максимальная скорость достигала 65 км/ч. Клиренс равнялся 580 мм. Грузоподъемность шасси — 9 т, а полная масса — 20 т. Отношение полезной нагрузки к собственной массе машины приближалось к единице — для автомобиля высокой проходимости труднодостижимый показатель.

На шасси ЗИЛ-135ЛМ и ЗИЛ-135ЛТМ монтировались тактические ракетные комплексы «Луна», «Луна-М», транспортно-заряжающая установка и другие типы вооружений. В феврале 1972 г. на автомобиле установили первые опытные пусковые установки 9П140 и транспортно-заряжающие машины 9Т452 для 16-ствольной реактивной системы залпового огня РСЗО 9К57 «Ураган».

В конце 1963 г. из СКБ ЗИЛа на Брянский автозавод поступили чертежи шасси ЗИЛ-135М, предназначенного для монтажа мобильного берегового противокорабельного ракетного комплекса 4К44 «Редут». Пока для него создавалась и испытывалась ракета П-35Б, брянские конструкторы пытались повысить характеристики ЗИЛ-135М и одновременно удешевить его производство.

Для апробации новых узлов в 1964–1965 гг. было построено несколько экспериментальных автомобилей. Двухступенчатая раздаточная коробка на БАЗ-135Л1 позволяла расширить рамки между максимальной силой тяги и максимальной скоростью, увеличив эти параметры. Но большие габариты этого агрегата и ухудшение кинематики ведущих карданных валов заставили самих создателей отказаться от него. Введение в 1965 г. независимой подвески средних пар колес на опытном БАЗ-135Л2 хотя несколько и повысило плавность хода, но в то же время увеличило массу шасси на тонну и снизило боковую жесткость машины при приложении нецентральной нагрузки. Вдобавок перестала «держать» рама.

В 1966 г. на опытное шасси БАЗ-135М в переднем свесе под кабиной вместо двух карбюраторных двигателей установили один дизель ЯМЗ-238Н мощностью 300 л. с. Соответственно, была изменена и трансмиссия — в ее схему была включена раздаточная коробка с межбортовым блокируемым коническим дифференциалом. В результате изменений сократился расход топлива, хотя масса БАЗ-135М1 увеличилась более чем на полтонны. Стеклопластиковая кабина вмещала боевой расчет из шести человек. В таком виде и вошло в серийное производство шасси БАЗ-135МБ, сконструированное брянскими автостроителями. Начиная с 1972 г., на эту машину монтировались мобильные средства комплекса воздушной разведки Ту-143 «Рейс». Позднее, на основе БАЗ-135МБ выпустили автомобиль БАЗ-135МБК с бортовой металлической платформой. Изготовили также небольшую партию бортовых грузовиков на шасси БАЗ-135ЛМ.

В 1964–1965 гг. ЗИЛ проводил испытания модифицированных ЗИЛ-135Л и ЗиЛ-135ЛМ на строительстве газопроводов в песках Средней Азии, а также зимой на севере Тюменской области. Положительные результаты применения шасси «135ЛМ» в народном хозяйстве дали основание Брянскому автозаводу выпустить в 1966 г. промышленную партию гражданских машин БАЗ-135Л4 грузоподъемностью 9 т, однако условий для их правильного использования так и не создали. Все машины быстро вышли из строя и больше не выпускались.