Производство БА-64 было развёрнуто на ГАЗе в апреле 1942 года, первые серийные бронеавтомобили были собраны уже в том же месяце, однако в тот период они не были приняты военной приёмкой из-за отсутствия пулестойких шин типа «ГК». Тем не менее, первые 35 БА-64 были приняты военными уже в начале мая. Броневые корпуса для машин опытной партии и нулевой серии изготавливались на заводе № 177 в Выксе, но в дальнейшем был организован их выпуск на кузовном корпусе ГАЗа. Первое время производство БА-64 тормозилось задержками с поставкой комплектующих, прежде всего двигателей, мостов и шин, но с июля 1942 года заводу удалось добиться выполнения плана. По мере накопления опыта эксплуатации и боевого применения бронеавтомобиля в его конструкцию начали вноситься изменения. Уже в июне были ликвидированы откидные противогранатные сетки над башней, как не оправдывающие себя. В июле было введено вентиляционное отверстие в крыше отделения управления, так как летняя эксплуатация БА-64 показала, что температура в обитаемых отделениях бронеавтомобиля могла доходить до 55—60 °C, а в сентябре — регулируемый вентиляционный люк в крыше моторного отделения, так как его вентиляция тоже оказалась недостаточной.
Эксплуатация выявила также и недостаточную надёжность БА-64: при гарантированном пробеге в 10 000 км, по сообщениям из войск, многие бронеавтомобили выходили из строя уже при 1000—4000 км пробега. Основной причиной выхода бронеавтомобилей из строя являлась поломка перегруженного заднего моста, происходившая в большинстве случаев в результате неправильной эксплуатации, когда движение на низких передачах производилось без включения переднего моста и повышенный крутящий момент полностью передавался на задний мост. Для устранения этого, с 3 ноября 1942 года в качестве временной меры был введён неотключаемый передний мост; на уже выпущенных бронеавтомобилях переделка осуществлялась силами войсковых мастерских. В дальнейшем для решения этой проблемы в ноябре 1942 — феврале 1943 года в конструкцию БА-64 был внесён ряд изменений, направленных на усиление полуосей и мостов. Перегруженной оказалась также подвеска передних колёс, для устранения пробоев которой в феврале 1943 года была введена дополнительная пара гидравлических амортизаторов и усилены рессоры. Также для лучшего обзора местности водителем с марта 1943 года были введены смотровые лючки, закрывавшиеся броневыми заслонками.
5—14 июня ГАЗ подвергся ряду массированных налётов германской авиации, в результате чего был полностью разрушен или серьёзно повреждён ряд цехов, в том числе изготавливавший броневые корпуса ново-кузовной комплекс и поставлявший двигатели ГАЗ-ММ моторный корпус № 1. Кроме того, было полностью выведено из строя снабжение производства сжатым воздухом и частично — электроэнергией, что временно парализовало работу завода. Сгорел и механосборочный цех МСЦ-5, осуществлявший сборку БА-64, в результате чего выпуск бронеавтомобилей с 7 июня был прекращён полностью и до перехода на модификацию БА-64Б возобновлён уже не был. Всего с апреля 1942 по июнь 1943 года был выпущен 3901 бронеавтомобиль БА-64, в том числе 1352 в ради́йном варианте.
БА-64Б
Одной из главных проблем БА-64 являлась также недостаточная боковая устойчивость, обусловленная узкой для машины такого класса колеёй базового ГАЗ-64 в сочетании со сравнительно высоким центром тяжести бронеавтомобиля. Необходимость расширения колеи БА-64 стала очевидна конструкторам ещё во время испытаний его прототипа весной 1942 года, но для скорейшего начала выпуска бронеавтомобиля было решено отложить введение более широкой колеи, так как это требовало перестройки налаженного производства агрегатов шасси, в то время как ГАЗ был итак загружен освоением выпуска новых образцов бронетехники, таких как танк Т-70. Тем не менее, с 31 августа 1942 года по инициативе конструкторского бюро всё же были начаты работы по созданию модификации БА-64 с расширенной колеёй, а 26 сентября были переданы ГАБТУ на утверждение план коренной модернизации бронеавтомобиля и программа его испытаний. Первый прототип модернизированного БА-64, получивший заводское обозначение 64-125-Б, был изготовлен в октябре 1942 года и в конце того же месяца поступил на испытания.
Фильм (укр. язык)
Улучшенная модель БА-64Б была запущена в серийное производство в 1943 году. В качестве базы для неё использовался лёгкий армейский вездеход ГАЗ-67Б с более широкой колеёй. Это улучшило боковую устойчивость по сравнению с исходным вариантом БА-64. Турельная установка пулемёта ДТ была заменена на башенную. Серийный выпуск БА-64Б продолжался до 1946 года включительно (тогда построили последние 62 машины).
БА-64Б использовались чехословацкими и польскими соединениями, сформированными на территории СССР. После окончания Второй мировой войны часть БА-64Б была передана ГДР, где они успешно выполняли функции полицейских бронемашин. БА-64Б также поставлялись в Северную Корею, Китай и Югославию.
Дальнейшее развитие и специализированные варианты
Модификации с усиленным вооружением
БА-64Б с пулемётом СГ-43 — принятое в литературе обозначение опытного варианта БА-64Б, оснащённого пулемётом СГ-43. Прототип такого бронеавтомобиля был изготовлен на базе БА-64Б в КБ ГАЗа в марте 1944 года и отличался от серийной машины установкой принятого на вооружение в 1943 году нового пулемёта СГ-43, превосходившего ДТ-29 в повышенной за счёт ленточного питания боевой скорострельности и большей прицельной дальности стрельбы. Испытания выявили ряд проблем с размещением пулемёта в башне и его поведением при стрельбе, что повлекло прекращение дальнейших работ в этом направлении.
БА-64Д — опытный вариант БА-64 с установкой крупнокалиберного 12,7-мм пулемёта ДШК. В отличие от штатного ДТ-29, бронепробиваемость ДШК давала бронеавтомобилю возможность бороться с лёгкой бронетехникой, а в сочетании с в разы большим весом секундного залпа — резко повышала его эффективность в обеспечении ПВО. Работы по БА-64Д были начаты уже в сентябре 1942 года, однако уже на начальном этапе выяснилось, что размеры и отдача ДШК, намного большие, чем у штатного пулемёта, а также необходимость установки коллиматорного прицела К-8Т для зенитной стрельбы, требуют создания новой, более жёсткой конструкции башни. Работы по перепроектированию начались 3 октября 1942 года, а опытный образец БА-64Д был закончен 20 марта 1943 года. От серийной машины его отличала, прежде всего, новая башня увеличенного размера, с увеличенной до 12 мм толщиной броневых листов. Башня устанавливалась на шариковой опоре на крыше боевого отделения, которую также пришлось расширить и усилить, и наводилась по горизонтали при помощи винтового механизма. Поскольку стандартную коробку с патронной лентой ДШК в тесной башне разместить не удалось, конструкторам пришлось заменить её барабанным магазином на 30 патронов.
6 апреля была проведена демонстрация бронеавтомобиля, которая выявила ненадёжную работу пулемёта с новым магазином и снижение точности стрельбы из-за раскачивания лёгкого и узкоколейного шасси мощной отдачей пулемёта. Несмотря на начатые работы по устранению недостатков БА-64Е, переведённые на более подходящее шасси БА-64Б, основной из них — ненадёжное магазинное питание пулемёта, устранить было невозможно и в итоге работы в этом направлении были прекращены. Прорабатывалась также возможность установки в башне 25-мм автоматической пушки, но эта разработка не дошла даже до постройки прототипа.
БА-64 с противотанковым ружьём — различные варианты установки на БА-64 14,5-мм противотанкового ружья ПТРС-41. Бронепробиваемость ПТРС давала бронеавтомобилю возможность бороться с лёгкой и отчасти — со средней бронетехникой, хотя и за счёт низкой эффективности неавтоматического ружья в других задачах. Разработка установки ПТРС на БА-64 была начата 2 ноября 1942 года, но позже была отложена из-за более высокого приоритета БА-64Д. Работы по установке противотанкового ружья, неоднократно возобновляясь и вновь откладываясь, продолжились в 1943 году, но в конечном итоге были прекращены. Самостоятельная установка ПТРС-41 вместо пулемёта производилась в некоторых частях, но распространения не получила.
Железнодорожные модификации
БА-64В — опытная железнодорожная модификация БА-64. Был разработан летом 1942 года на Выксунском заводе. Первый прототип БА-64В был изготовлен на Выксунском заводе в июле того же года, а в 1943 году к нему добавились ещё три опытных образца, собранных на ГАЗе. От серийного БА-64 железнодорожный вариант отличался лишь наличием сменных железнодорожных колёс, взятых из оставшегося при производстве бронеавтомобиля БА-20жд задела. Испытания бронеавтомобиля показали быстрый износ ряда узлов и агрегатов, а также недостаточную скорость заднего хода, из-за чего БА-64В на вооружение принят не был, хотя производство железнодорожной модификации в дальнейшем всё же было начато, уже на базе БА-64Б.
БА-64Г — вторая опытная железнодорожная модификация БА-64. Разработка его была осуществлена КБ ГАЗа в июле — сентябре 1942 года. Первый прототип БА-64Г был закончен в начале ноября того же года, а после проведённых в том же месяце испытаний, в январе 1943 года был изготовлен второй, доработанный, прототип. Оба прототипа базировались, в свою очередь, на опытном ширококолейном прототипе БА-64-125Б. Ходовая часть БА-64Г отличалась наличием двух подъёмных, частично подрессоренных, тележек с железнодорожными колёсами малого диаметра, а движение осуществлялось за счёт контакта с полотном железной дороги сохранявших резиновые шины колёс. Помимо этого, опытные образцы отличались установкой раздаточной коробки с неотключаемым передним мостом и механизмом реверса, позволявшей движение задним ходом с полной скоростью, а также наличием железнодорожной сигнализации. Работы по БА-64Г были прекращены летом 1943 года, когда из-за снизившегося боевого применения бронепоездов организацию его производства сочли излишней.
