В конце 70-х годов Горьковский автомобильный завод наконец-то начал двигаться в правильном направлении и приступил к разработке одного из первых в стране среднетоннажных грузовиков с дизельным двигателем. ГАЗ-4301 должен был прийти на замену устаревшего ГАЗ-53, который к тем годам считался уже совсем устаревшим. Новый труженик села прошёл очень долгий и тернистый путь, чтобы наконец-таки встать на конвейер, а всему виной то, что долгое время на заводе не могли утвердить окончательную концепцию проекта.
В 1982 году первые тестовые экземпляры прошли суровые испытания по территории московских колхозов, особая сложность испытаний была связана с тем, что машину нужно было поставить на конвейер с минимальным количеством недоработок, а уже к 1984 первые готовые образцы ГАЗ-4301 представили приёмной комиссии.
Новый грузовик отличался от привычных нам рестайлингов старого и надёжного, у него была полностью новая ходовая часть, дизельная силовая установка, кабина и гидроусилитель руля. Под капотом размесили дизельный двигатель под индексом ГАЗ-542 с воздушным охлаждением. Рядный шестицилиндровый мотор объёмом 6.2 литра с отдачей 125 лошадиных сил производили по лицензии компании Deutz.Рама дизельной машины была мощнее и шире той, которой комплектовалась бензиновая версия, а высоко выведенный воздухозаборник был отличительной чертой ГАЗ-4301.
Долгое время на заводе не могли наладить производство ГАЗ-4301, по каким именно причинам – неизвестно. По итогу только к 1992 году уже потерявший свою актуальность двухосный грузовик был запущен в производство. Вместе с ним на конвейер встал сельскохозяйственный самосвал ГАЗ САЗ-4509, предназначенный для работы в составе автопоезда для перевозки зерна. Однако обе машины прожили недолго, ведь уже к 1995 году обе они были сняты с производства.
Всему виной была ключевая особенность грузовика – его дизельный двигатель. Качество сборки силового агрегата было просто отвратительным, а стоимость его производства была слишком высокой для такого общедоступного автомобиля. Да и к тому же руководство завода серьёзно просчиталось, спрос на ГАЗ-4301 был не то, чтобы ниже ожидаемого, по сути, его не было вовсе. За 3 года производства было выпущено чуть более 28 тысяч машин с грузовой платформой и самосвалов.
