В 1960 году специалисты КЭО завода решили создать 8-цилиндровый двигатель на основе разработанного ими же в 1956-1958 гг. и выпускавшегося с января 1959-го V-образного мотора ГАЗ-13 с рабочим объёмом 5530 см3, максимальной мощностью 195 л.с. при 4400 об/мин, максимальным крутящим моментом 42 кГм при 2000-2500 об/мин и степенью сжатия 8,5, устанавливавшегося на легковой автомобиль ГАЗ-13 «Чайка». Двигатель дефорсировали до 115 л.с. при 3200 об/мин, степень сжатия понизили до 6,7, при этом максимальный крутящий момент стал равным 29 кГм при 2000-2500 об/мин. Диаметр цилиндров уменьшили со 100 мм до 92 мм, ход поршня – с 88 мм до 80 мм, вследствие чего рабочий объём сократился до 4254 см3. Четырёхкамерный карбюратор К-114 сменили на двухкамерный К-126Б, а также добавили пневмоцентробежный ограничитель максимального числа оборотов коленчатого вала. В качестве топлива вместо бензина АИ-92 был принят А-76. Окончательный вариант нового силового агрегата, получившего наименование ГАЗ-53.