На рубеже семидесятых-восьмидесятых прошлого века, специалисты Горьковского автозавода были заняты работой над новым семейством среднетоннажных грузовиков. Эти машины должны были получить дизельный мотор с воздушным охлаждением. Модель назвали ГАЗ-4301. Опытная партия техники была отправлена на испытания в 1982-ом году. Поскольку основное назначение грузовиков марки ГАЗ это сельское хозяйство, испытывать их дали подмосковным колхозам. За дело взялись серьезно и хорошо погоняли автомобили до 1983-го года.
В результате этих тестов в 1984-ом году появилась доработанная модель ГАЗ-4301. Автомобиль получил свежий дизайн кабины. Кроме этого на грузовик поставили новую ходовую и гидроусилитель руля. Двигатель ГАЗ-542 был изготовлен по лицензии компании Дойц и имел воздушное охлаждение. За счет этого агрегата грузовик, который готовили на смену устаревшему ГАЗ-53, получил грузоподъемность в 5 тонн.
Чисто внешне по кабине и грузовой платформе, это по сути ГАЗ-3307. Отличает его рама, которая стала шире и мощнее. Кроме этого в глаза сразу бросается труба забора воздуха которую вывели повыше и уникальные колеса сделанные конкретно под эту модель, их сразу можно узнать по вентиляционным отверстиям.
Однако работы по запуску проекта затянулись почти на десять лет и дизельный вариант увидел свет только в 1992-ом году. Одновременно с ним выпускали сельскохозяйственный самосвал на том же шасси. Он получил название ГАЗ-САЗ-4509. Этот самосвал должен был работать в составе автопоезда ГАЗ-6008, в паре с прицепом ГКБ-8536. Использовали их для перевозки зерна.
Однако история ГАЗ0-4301 оказалась короткой. Перспективный на первый взгляд проект, свернули в 1995-ом году. Виной тому оказались дизельные моторы, которые отличались высокой ценой и плохим качеством сборки. Кому нужен дорогой и ненадежный автомобиль. Тем более что и спрос на данную технику оказался гораздо ниже ожидаемого. Не было больше страны которой грузовики нужны были в огромных количествах. Всего за три года успели выпустить 28 158 автомобилей.