На танке Т-54 обр. 1949 г. была установлена новая башня с узкой 400-мм амбразурой для пушки, без обратного скоса спереди и с боков, с командирской башенкой, в которой устанавливался прибор ТПК-1 и пять призменных смотровых приборов. Турель зенитного пулемета заменили новой, улучшенной конструкции. В механизме поворота башни ввели электропривод ЭПБ-4, выполненный по схеме Леонарда, с системой командирского управления. С учетом статистики, согласно которой 90 % попаданий в танк приходилось на высоте более 1 м от земли, а также с целью сохранения заданной предельной массы для среднего танка, толщину верхнего лобового листа корпуса уменьшили до 100 мм.

Вместо двух пулеметов СГ-43, расположенных по бортам на надгусеничных полках, установили один курсовой пулемет в отделении управления справа от механика-водителя. Боекомплект 7,62-мм патронов уменьшили до 3000 штук, а боекомплект к пулемету ДШК, наоборот, увеличили со 150 до 200 патронов. Для выдерживания заданного направления движения танка в течение короткого времени в условиях ограниченной видимости и отсутствия ориентиров у механика-водителя установили курсоуказатель — гирополукомпас ГПК-48.

Силовая установка отличалась от предыдущей наличием одного мультициклонного воздухоочистителя с масляной ванной, кассетами и эжекционным отсосом пыли из пылесборника. Система подогрева двигателя состояла из форсуночного подогревателя, змеевиков в масляном баке и в коробке котла подогревателя для разогрева топлива и управляемой заслонки в патрубке водяного радиатора для регулирования потока проходящей жидкости. Вместо трех наружных цилиндрических топливных баков установили два плоских прямоугольных бака, которые разместили справа в кормовой части на надгусеничной полке.

Эти баки включили в систему питания двигателя.

Трансмиссия претерпела незначительные изменения. Была введена блокировка горного тормоза с педалью главного фрикциона и внесены изменения в конструкцию механизма выключения главного фрикциона. Гусеницу расширили до 580 мм, что наряду с уменьшением массы машины позволило уменьшить удельное давление с 0,93 кг/см² до 0,81 кг/см².

Система электрооборудования и средства связи остались без изменений.

В системе ППО вместо автоматического включения ввели полуавтоматическое кнопочное. В эту систему входили три 5-литровых углекислотных баллона, восемь термоизвещателей, четыре распылителя и кнопка включения.

Всего в ходе доработки конструкции танка Т-54 из общего числа 5620 чертежей в 1949 году были заменены новыми 1944 чертежа, а еще 857 были откорректированы.

В 1950 году серийное производство Т-54 возобновилось. За этот год только завод № 183 сумел выпустить 423 машины вместо 400 по плану (общий выпуск всеми заводами — 1007 машин). Всего же до ноября 1951 года было изготовлено 2523 танка этой модификации.

С 1 марта 1951 года на заводе № 183 и с 1 апреля 1951 года на заводах № 75 и № 174 на танки Т-54 стали устанавливаться более совершенные прицелы ТШ2-22 с переменным 3,5- и 7-кратным увеличением. Пулеметы СГ-43 заменили 7,62-мм пулеметами СГМТ, внесли изменения в технологию изготовления торсионных валов подвески. С июля 1951 года начала устанавливаться новая командирская башенка.

Начиная с 1960 года танки выпуска 1949–1951 годов прошли модернизацию, в ходе которой они доводились до уровня танков Т-54А, а затем и Т-54Б с установкой соответствующего оборудования и систем этих машин. Часть танков была оборудована под установку танкового бульдозера БТУ или снегоочистителя СТУ. В дальнейшем часть танков Т-54 обр. 1949 г. переделали в танковые тягачи БТС-4А.