Доработанные два образца в 1951 — 1952 годах успешно прошли войсковые испытания в Арктике, в условиях низких температур, а в Туркмении — при высоких температурах, с большим содержанием пыли в воздухе. При этом комбинированные воздухоочистители с эжекционным отсосом пыли из циклонов надежно защищали двигатель от повышенного износа. Средняя скорость движения с полной нагрузкой и 6-тонным прицепом по бездорожью достигала 22 — 25 км/ч, что почти вдвое превышало полученную на М-2 — в первую очередь, за счет более совершенных трансмиссии и подвески при незначительно большей удельной мощности. Характерно, что приблизительно такую же подвижность в аналогичных условиях имели и тягачи АТ-С и АТ-Т — при более высокой удельной мощности, но менее эффективной трансмиссии и механизме поворота. Этот факт еще раз подтвердил правильность и дальновидность выбранного спецотделом ХТЗ направления на дальнейшее совершенствование именно этих узлов, даже ценой их неизбежного усложнения и повышения трудоемкости изготовления. В конечном счете, это себя оправдывало, особенно при отсутствии больших запасов мощности.
Тяговые свойства нового тягача были также достаточно высокими: подъем по твердому грунту с максимальным грузом и прицепом — до 25°, а предельная свободная сила тяги на крюке (6310 кгс) при полной массе ограничивалась уже не двигателем, как на М-2, а сцеплением с грунтом (по двигателю сила тяги с грузом теоретически могла бы достигать 7028 кгс). По этой причине, особенно при неумелом управлении, легкий тягач со сравнительно узкими гусеницами был склонен зарываться в сыпучий песок, впрочем, как и некоторые другие быстроходные гусеничные машины.
В конце 1952 года ХТЗ выпустил первую промышленную партию новых арттягачей, получивших армейский индекс АТ-Л (легкий). Они были приняты на снабжение артиллерийских частей средних калибров, вооруженных, кроме ранее выпущенных, новыми 122-мм пушками Д-74, 122-мм гаубицами Д-30, корпусными 152-мм пушками-гаубицами Д-20, зенитными 57-мм пушками С-60 и 85-мм пушками КС-18А. В перегрузку тягачи АТ-Л могли буксировать прицепы массой 8 т.
На шасси АТ-Л были созданы и приняты на вооружение изделия «23», «27» и «39» (без грузовых платформ, тяговосцепных устройств, пневмосистем тормозов и лебедок), предназначенные для монтажа кузовов и специальных установок, в том числе РЛС и автоматического топопривязчика. На базе АТ-Л строился колейный мостоукладчик КММ.
