ЗИС-5 хоть и не точная копия грузовика иностранной марки, но и не полностью самобытная разработка. В 1930 году на заводе АМО началась сборка AUTOCAR SA из американских частей, автомобилю дали новое название - АМО-2 (подразумевалось, что АМО-2 вторая модель завода, а первая - АМО-Ф15). АМО-2 достаточно сильно отличался от AUTOCARа - на него стали устанавливать другой задний мост - фирмы "Тимкен", были упрощены двери - они стали с целлулоидными окошками вместо верхней части двери, крылья тоже были "временной конструкции" - они не имели плавного перехода в подножку, а резко обрывались. Всего до третьего квартала собрали 1631 грузовик АМО-2, а 1 октября 1931 года АМО был переименован в 1-й Московский автозавод им. Сталина (ЗИС). После серьёзной модернизации завода и доработки выпускаемой продукции появился новый автомобиль - АМО-3. В 1932 - 1933 годах под руководством Е. И. Важинского шла работа по его серьёзной модернизации, в результате которой и появилась новая модель грузовика – ЗИС-5.

Если ходовая часть и рама АМО-3 могли выдержать нагрузку и в 3000 - 3500 кг, то силовой агрегат - едва ли. Тогда инженеры завода ЗИС решили пойти "по пути наименьшего сопротивления" - конструкцию  американского 6-ти цилиндрового двигателя "Геркулес" модели “WXB” с чугунными поршнями оставили без изменений, а лишь на четверть дюйма увеличили диаметр поршней, ведь на АМО-3 диаметр был 95,25 мм, а после модернизации стал 101,6. Соответственно увеличились рабочий объём с 4,88 до 5,55, мощность с 60 до 73 и, конечно, расход топлива.

Появился новый карбюратор МААЗ-5 вместо старого "Зенита", а он потребовал новый воздушный фильтр, которому дали такое же название.  Коробка перемены передач не была усовершенствована, вопрос был решён проще - взята КПП той же фирмы, только другой модели. Если на АМО-3 это была “Браун-Лайп-34”, то на усовершенствованной модели – “Браун-Лайп-314”. Она имела усиленный картер, валы, шестерни и другие передаточные отношения.

Поворот рулевого колеса, переключение передач - все это требует большой физической силы. Печка в грузовике отсутствовала, однако эту проблему водители решали простым способом – в моторном щите, в районе коллектора, «прорубалось» (часто в прямом смысле, чуть ли не топором) отверстие, через которое теплый воздух проникал в кабину, в район ног пассажира. Однако щели в лобовых стеклах не сильно способствовали обогреву кабины. 

После модернизации у грузовика появился щиток приборов с амперметром, спидометром, манометром и центральным переключателем. Амперметр и спидометр применялись на автомобилях Горьковского автозавода, однако центральный переключатель света – деталь, характерная именно для ЗИСов.

Бензиновый бак объемом 60 литров находился под сиденьем водителя - логику конструкторов понять современному человеку сложно, ведь для заправки необходимо открыть дверь и снять сиденье! Очевидно, это было нужно для того, чтобы водитель делал зарядку ежедневно и не курил за рулем. Аккумулятор находится под полом кабины.

На грузовик стали ставить принципиально новый карданный вал, ведь на АМО-3 "кардан" состоял из 2 основных частей, которые соединялись друг с другом при помощи подвесного подшипника. После модернизации он стал без подвесного подшипника с двумя сочленениями типа "Спайсер 500". Редуктор тоже модернизировался - изменились передаточные отношения, задний мост так и имел пару конических шестерен со спиральным зубом с общим передаточным числом 6,41:1. Мост имел литой картер из ковкого чугуна с запрессованными трубами из хромоникелевой стали - на них монтировались роликовые подшипники задних колес. Такую ось можно было отремонтировать в любой мастерской без особых проблем.

Передняя ось осталась без изменений, но изменили привод передних тормозов, он стал таким же, как и у задних - механическим. Задние колеса имели механические барабанные тормоза с двумя парами колодок, из которых одна приводится в действие от рычага ручного тормоза, а другая - от тормозной педали, и эта система изменениям не подверглась. Спереди было по две колодки с каждой стороны. На фото виден компрессор для накачки шин, который устанавливался на ЗИСах как до, так и после войны. 

На автомобиле появился более современный трубчатый радиатор, как на AUTOCARе, ведь на АМО-3 применялся достаточно простой и древний "сотовый". Немного изменили и кабину. Всего было спроектировано 656 новых деталей. После такой модернизации машина стала трёхтонной, и главное, проще и дешевле. Новому автомобилю присвоили имя ЗИС-5, поменяв эмблему "новый АМО" на "ЗИС", и первые 10 таких машин были изготовлены 26 июня 1933 года. В 1936 году на ЗИС-5 появилась новая эмблема в виде треугольника с выштамповкой "ЗИС".

В ноябре 1934 года началась серьёзная модернизация завода, которая должна была продлиться три года. Но уже 1935 года ЗИС-5 стали поставляться на экспорт в Турцию, Афганистан, Ирак, Иран, Китай, Латвию, Литву, Эстонию, Монголию, Румынию. В 1938 г. на экспорт ушло уже около 6500 грузовиков Московского автозавода. Таким образом, ЗИС-5 стал первым советским автомобилем, который поставлялся на экспорт. Это всегда было очень престижно для страны. Было предпринято несколько попыток создать ЗИС-5 с дизельным двигателем, на дизеля в серию так и не пошли. На фото видна ручка «раннего» образца, Т-образной формы.