В1944 году, работы возобновились. За основу решили не брать довоенный ЗИС-15, а создать принципиально новую машину. Новые образцы получили индекс ЗИС-150 в соответствии с принятой в 1943 году Единой системой нумерации. 30 октября 1947 года была выпущена установочная партия автомобилей. Массовый выпуск начался в апреле 1948 года.

Технические характеристики: Двигатель: Модель: ЗИС-120. Тип: бензиновый, четырёхтактный, рядный, нижнеклапанный. Рабочий объём: 5555 см³. Мощность: 90 л. с. при 2400 об/мин (с ограничителем). Максимальный крутящий момент: 30,5 кГм (304 Н·м) при 1200 об/мин. Степень сжатия: 6,0. Рекомендованное топливо: бензин А-66. Трансмиссия: Коробка передач: механическая, пятиступенчатая (четвёртая передача — прямая, пятая — повышающая) с шестернями постоянного зацепления. Сцепление: двухдисковое, сухое, с механическим приводом.

Ходовая часть и тормоза: Колёсная формула: 4×2. Снаряжённая масса: около 3900 кг. Грузоподъёмность: 4000 кг. Максимальная скорость: около 60 км/ч. Ёмкость топливного бака: 150 л. Колёса: дисковые с ободом 20×8 (6,00-20), шины 9,00-20. Рулевой механизм: глобоидальный червяк с трёхгребневым роликом. Подвеска: зависимая, на продольных полуэллиптических рессорах. Тормозная система: ножной тормоз колодочный, барабанного типа, на все колёса с пневматическим приводом; ручной тормоз — дискового типа с механическим приводом на трансмиссию. Охлаждение: жидкостное, закрытое, с принудительной циркуляцией. Электрооборудование: 12 В. Габариты: Длина: 6720 мм. Ширина: 2470 мм. Высота: 2180 мм. Колёсная база: 4000 мм. Клиренс: 265 мм. Радиус поворота: 11 м.

Особенности конструкции Кабина: Изначально из-за дефицита тонкого стального листа кабина была деревометаллической: переднее оперение — стальное, двери и боковины — из дерева и фанеры, крыша — из шпона с дерматином. Ветровое стекло состояло из двух половинок; с декабря 1949 года левая половинка стала подъёмной с помощью кулисного механизма. Позже перешли на полностью металлические кабины ЗИС-160. Другие новшества: Пневматический привод тормозов (впервые для ЗИС). Повышение напряжения электрооборудования с 6 до 12 В. Шины повышенной несущей способности размером 9,00-20.

Модернизации: В процессе производства в конструкцию вносились изменения: 1950 год: замена карбюратора, впускного коллектора и бампера. 1952 год: замена длинного карданного вала на два вала с промежуточной опорой, усиление и удлинение рессор, установка жалюзи перед радиатором. 1956 год: замена чугунной головки цилиндров двигателя на алюминиевую, что позволило повысить степень сжатия до 6,2 и мощность до 96 л. с..

Всего было выпущено 771 883 экземпляра ЗИС-150 всех модификаций. В Румынии производство продолжалось до 1960 года, в Китае — до 1986 года. На базе ЗИС-150 создавались различные модификации: самосвалы, фургоны, бензовозы, пожарные машины, седельные тягачи. В 1957 году модель была заменена на модернизированный ЗИЛ-164.