Начатые еще в 60-70-е годы реконструкция и техническое перевооружение особенно интенсивно развернулись в 1980-ые годы. Реконструкция 80-х - самая большая на заводе за всю историю. Только по проекту первой очереди расширения автозавода предусмотрено строительство новых производственных корпусов площадью 700 тыс.кв.м., среди которых только производственная мощность корпуса дизельных силовых агрегатов - 250 тыс.кв.м. Строительство этого объекта началось в 1984 году, а завершилось пуском завода автомобильных моторов в 1993 году. Дизелизация грузовых автомобилей - основное направление технической политики предприятия 1980-х годов.

В 1984 году был собран первый грузовой автомобиль ГАЗ-4301 с дизельным двигателем воздушного охлаждения. Впоследствии конструкторами был создан девятитонный самосвальный автопоезд ГАЗ-6008. На этих автомобилях впервые был применен дизельный силовой агрегат, разработанный специалистами автозавода.

Параллельно с выпуском модели ГАЗ-24 началось серийное производство "Волги" ГАЗ-3102.

От предшественницы она отличалась новым решением передней и задней части, что придавало автомобилю большую солидность. Новым было оформление интерьера и приборной панели. На "тридцать первую" устанавливали более удобные сиденья с подголовниками. Система тормозов также была усовершенствована. Интересно, что на первых партиях автомобилей ГАЗ-3102 устанавливался двигатель с форкамерно-факельным зажиганием. По причине своей исключительности несколько лет "тридцать первая" использовалась только государственными и партийными структурами в качестве служебного автомобиля.

Для частных владельцев с 1985 года ГАЗ выпускал модернизированный вариант "двадцать четвертой", автомобиль с индексом ГАЗ-24-10. Он отличался более мощным двигателем, усовершенствованной подвеской, электронной бесконтактной системой зажигания, 205-миллиметровыми шинами. Внешние отличия заключались в обновленной решетке радиатора и более современном интерьере

Во второй половине 80-х по правительственному заданию началась разработка нового представительского легкового автомобиля ГАЗ-3105, который впоследствии стал мелкосерийным.

В 1980 г. за большой вклад в развитие автомобилестроения и международной торговли коллектив ПО "ГАЗ" наградили престижной Международной премией "Золотой Меркурий".

В марте 1981 г. с конвейера завода сошел 10 миллионный автомобиль, а в декабре 1991 г. - 15 миллионный с маркой "ГАЗ".

В ноябре 1992 г. Горьковский автомобильный завод преобразован в акционерное общество открытого типа. Президентом АО "ГАЗ" избран Н.А.Пугин.

В 1997 заводские инженеры, подвергнув ее конструктивному обновлению, разработали современную базовую модель «Волга-3110» с двигателем мощностью 100-150 л.с.

В недалекой перспективе планируется осуществить выпуск Toyota Camry.

В 1997 было заключено соглашение между ГАЗ и итальянским концерном ФИАТ о создании совместного предприятия под названием «Нижегород-моторс» по сборке легковых автомобилей трех фиатовских марок.