在50年代初，OKB-520设计局的人事出现了很大变动，先是莫洛佐夫让位于科烈斯尼科，而后者又于1953年3月被卡采夫所取代。新设计师上任伊始就决定给T-54换装带有STP-1型垂直稳定器的D-10T型坦克炮。改型坦克炮按照原有的D-10TG指标改进了设计以便装入T-54的炮塔。新坦克上还安装了驾驶员夜视仪。这一型号被命名为T-54A。最初T-54A的火炮前端安装的是炮口配重，而后换成了标志性的抽烟器。此外，T-54A型还装有潜渡用的通气装置、TSh-2A-22观瞄镜、TVN-1型红外潜望镜和红外大灯、新型R-113电台、用于改进动力的多级空气滤清器和散热器控制装置、电子油泵、附加油箱和自动灭火器。T-54A型于1954年入役并于次年进入生产。在此基础上还有一种少量生产的T-54AK指挥坦克，装两部R112电台、导航装置、AB-1-P/30型充电装置，主炮备弹较一般型号少5发。
1954年10月，有一辆T-54A型被用于测试D54T和D54TS型100mm滑膛坦克炮，以及"Raduga"和"Molniya"型稳定装置(后装备于T-62坦克上)。这两种火炮并不符合要求，因而后来的T-55型上仍然使用D-10系列火炮。它还被装上了一台未量产过的V-54-6型发动机，功率433kW。
1955年，在T-54A的基础上又衍生出了T-54B。其上装备100mmD-10T2S坦克炮，配备STP-2型稳定器。T-54B型于1957年开始量产。在其生产的最后四个月中出产的坦克都装有L-2型红外探照灯、TPN-1-22-11型炮长红外装置、OU-3IR型车长红外探照灯。而且新开发的APFSDS系列弹药使得T54坦克有能力挑战北约装备的最新装甲车辆。T-54B型相对应的坦克指挥车是T-54BK型，与T-54AK型使用相同的附加装置。