O fracasso do uso militar do chassi ZIL-135E levou os projetistas a corrigir seus erros. No início dos anos 60, uma versão modernizada ZIL-135L foi apresentada com uma carga útil aumentada de até 9 toneladas e uma suspensão de torção independente de rodas dianteiras e traseiras. O primeiro protótipo do ZIL-135L foi feito em 4 de abril de 1961.
Comparado com o ZIL 135E, todas as mudanças de projeto do ZIL 135L foram conectadas com uma nova suspensão, incluindo um sistema de direção modificado. Outras unidades permaneceram praticamente inalteradas, incluindo dois motores ZIL-375YA e uma transmissão automática da ZIL 135E. Apenas a relação de transmissão da caixa de transferência foi reduzida, o que permitiu aumentar a velocidade máxima para 65 km / h. A ZIL 135L ainda não apresentava a suspensão dos eixos médios e a mesma cabine de fibra de vidro (a única mudança - o novo assento do passageiro era médio).
O outono de 1962, quando a produção de ZIL-135L começou a transferir para Bryansk Automobile Plant, descobriu-se que a produção das caixas de velocidades automáticas complexas não pode ser iniciado. Então foi uma solução de compromisso para substituir a transmissão automática por duas caixas de câmbio de 5 marchas manuais YaMZ-204. O modelo atualizado recebeu um índice ZIL-135LM. A produção em série começou em Bryansk em dezembro de 1964.
O ZIL-135LM pode ser transportado por trens e aeronaves IL-76 ou AN-22. Eles foram adaptados para uso em todos os tipos de estradas com temperaturas variando de - 40 a + 40 ° C, com alta umidade, poeira e altitude de até 3000 m. A distância entre eixos permaneceu a mesma - 6300 mm. O peso do lancil foi aumentado para 10,9 toneladas, GVW - até 20,3 t. A velocidade máxima em uma rodovia permaneceu a mesma (65 km / h). Consumo de combustível - 88 litros por 100 km (em condições reais - 125 - 200 l).
A gama de modelos incluiu também vários modelos especiais. ZIL 135LMT foi feito para exportação para países com clima tropical. Possui um sistema elétrico selado, resfriamento aprimorado e cor de areia. A ZIL 135LTM era uma outra versão, equipada com duas baterias (em vez das quatro na máquina base) e uma tampa modificada do compartimento do motor, e fazia parte do complexo de mísseis Luna-M. O protótipo ZIL 135LMP foi construído em fevereiro de 1972. Ele recebeu novos amortecedores telescópicos na suspensão, um reforço pneumático mais potente no sistema de freios e um aquecedor de maior eficiência. Este chassi foi usado principalmente para a instalação de um novo comlex 9P140.