在50年代初，OKB-520設計局的人事出現了很大變動，先是莫洛佐夫讓位於科烈斯尼科，而後者又於1953年3月被卡采夫所取代。新設計師上任伊始就決定給T-54換裝帶有STP-1型垂直穩定器的D-10T型坦克炮。改型坦克炮按照原有的D-10TG指標改進了設計以便裝入T-54的炮塔。新坦克上還安裝了駕駛員夜視儀。這一型號被命名為T-54A。最初T-54A的火炮前端安裝的是炮口配重，而後換成了標誌性的抽菸器。此外，T-54A型還裝有潛渡用的通氣裝置、TSh-2A-22觀瞄鏡、TVN-1型紅外潛望鏡和紅外大燈、新型R-113電台、用於改進動力的多級空氣濾清器和散熱器控制裝置、電子油泵、附加油箱和自動滅火器。T-54A型於1954年入役並於次年進入生產。在此基礎上還有一種少量生產的T-54AK指揮坦克，裝兩部R112電台、導航裝置、AB-1-P/30型充電裝置，主炮備彈較一般型號少5發。
1954年10月，有一輛T-54A型被用於測試D54T和D54TS型100mm滑膛坦克炮，以及“Raduga”和“Molniya”型穩定裝置（後裝備於T-62坦克上）。這兩種火炮並不符合要求，因而後來的T-55型上仍然使用D-10系列火炮。它還被裝上了一台未量產過的V-54-6型發動機，功率433kW。
1955年，在T-54A的基礎上又衍生出了T-54B。其上裝備100mmD-10T2S坦克炮，配備STP-2型穩定器。T-54B型於1957年開始量產。在其生產的最後四個月中出產的坦克都裝有L-2型紅外探照燈、TPN-1-22-11型炮長紅外裝置、OU-3IR型車長紅外探照燈。而且新開發的APFSDS系列彈藥使得T54坦克有能力挑戰北約裝備的最新裝甲車輛。T-54B型相對應的坦克指揮車是T-54BK型，與T-54AK型使用相同的附加裝置。
