В 1964 года на смену Урал-375 пришла модернизированная модель Урал-375Д. Её главными отличиями стала новая цельнометаллическая кабина, заимствованная от Урал-377, который тогда готовился к производству, и более производительный отопитель кабины. Урал-375Д получил постоянный привод, в то время как передний мост Урал-375 был отключаемым. А вот двигатель остался прежний - прожорливый V-образный 8-цилиндровый карбюраторный ЗИЛ-375.
В сентябре 1969 года Урал-375Д, демонстрировавшийся на международной Лейпцигской ярмарке (ГДР), был награжден золотой медалью и дипломом I степени. В 1972 году этому автомобилю была присвоена высшая категория качества, а в 1973 году - государственный Знак качества - символ технического совершенства того времени.
Экспортная модификация, выпускавшаяся с 1979 года, имела обозначение Урал-375ДЭ (после модернизации 1982 года получила обозначение Урал-375ДМЭ). В 1982 году завод начал выпуск модернизированной модели Урал-375ДМ.
К этому времени были пройдены все три этапа освоения в производстве Урал-4320 и конструкции этих двух машин были унифицированы, благодаря чему Урал-375Д и получил дополнительную букву «М» в индексе. Эта модель оставалась на конвейере до самого снятия 375-го семейства в 1991 году. Внешне от предшественника этот автомобиль отличался неразъёмными ободами колёс, новой светотехникой, надставными бортами из 3 досок.
Когда в 1993 году на заводе двигателей КамАЗа произошёл крупный пожар, фактически уничтоживший завод, из-за чего поставки дизелей КамАЗ-740 прекратились, производство карбюраторных Урал-375ДМ было на некоторое время возобновлено. Автомобили, как карбюраторные, так и дизельные (после начала поставок дизелей с Ярославского моторного завода) выпускались уже только с оперением Урал-4320.
Возможно, модификация с ярославским двигателем имела обозначение Урал-375ДЯ. Впоследствии, после налаживания достаточных объемов поставки дизелей ЯМЗ, карбюраторное семейство повторно, на этот раз уже окончательно, было снято с конвейера.
