Испытания тягача «650» выявили и некоторые его слабые места: случаи деформаций балансиров подвески и отслоения грузошин от бандажей опорных катков (технологический брак), трещины в спицах направляющих колес, повышенный износ проушин траков и пальцев гусениц, а также зубьев ведущих колес, особенно при движении по песку. Износостойкость их была повышена уже в процессе производства тягача «650» в 1966 году. Из-за недоработок двигателистов случались поломки механизмов отбора мощности на лебедку. Недостаточной была плавность поворота машины при движении на высших передачах, затруднено управление при температуре ниже -30°С. Эти недостатки так или иначе потом были устранены. А вот неудобное размещение экипажа в кабине и ее плохая теплоизоляция так и остались до конца неустранимыми. Тем не менее, по результатам госиспытаний преимущества тягача «650» перед АТ-С были настолько значительны, что он был принят в 1959 году на вооружение Советской Армии под обозначением АТС-59. Достаточно быстро для молодого завода, еще не полностью укомплектованного необходимым технологическим оборудованием, не имеющего богатого опыта освоения новой техники, была проведена подготовка к производству новой машины, и это при том, что в полном объеме продолжался и выпуск АТ-С. К маю 1961 года сделали опытно-промышленную партию — первые 10 тягачей АТС-59. Производство их разворачивалось медленно, в том числе из-за недоработок конструкции. К концу 1961 года они выпускались малыми партиями. Но к маю 1962 года месячный выпуск всех тягачей уже достигал 120 машин. Из-за еще неотлаженного штамповочного производства кабин многие детали их первое время «выколачивались» вручную.
Одновременно под руководством ведущего конструктора Л.А.Литовко велись работы над различными модификациями АТС-59, связанными с размещением различного оборудования (в том числе путепрокладчиков, радиолокаторов) на грузовой платформе или в КУНГах (изделия 652, 655, 657, 658), а также — бульдозерами, кабелеукладчиками. Среди них следует отметить выпускавшееся с конца 1963 года «изделие 661» — с установкой в задней части (в закрытом тентом кузове) монтажной стрелы с ручной лебедкой. Тягач «667» имел седельное устройство от ЗИЛ-157В высотой 1650 мм и служил для буксировки полуприцепов ПР-11Б и 5Т52 с полной массой до 6750 кг (нагрузка на седло — не более 2650 кг); у него отсутствовали платформа (надмоторное отделение закрывалось тентом), тяговая лебедка и дополнительные топливные баки (240 л). Для обслуживания 12-вольтовой сети полуприцепа устанавливались дополнительный генератор Г-108-В и аккумуляторная батарея от автомобиля «Москвич». Эта машина поступала в зенитно-ракетные соединения и выпускалась с 1964 года. Кроме того, был построен получивший распространение вариант АТС-59 с передним бульдозером, для обслуживания гидропривода которого использовался заранее введенный в КП механизм отбора мощности. Впоследствии на шасси АТС-59 построили плавающий транспортер ПТ-С, имевший снаряженную массу 17 700 кг (поэтому снабженный шестью опорными катками). При более мощном двигателе (350 л.с.) он с грузом в 5 т развивал на суше скорость до 42 км/ч, а на воде с грузом 10т — до 10,6 км/ч. ПТ-С долгие годы выпускался на Луганском тепловозостроительном заводе (ЛТЗ), получая необходимые агрегаты шасси с КМЗ.
