С 1 января 1965 года начал устанавливаться прицел ТШ-2Б-32, а затем ТШ-2Б-32П. Пулеметы СГМТ заменялись пулеметами ПКТ. С 1966 года танки стали оснащаться радиостанциями Р-123 (Р-123М) и ТПУ Р-124, гирополукомпасами ГПК-59. По-новому стал размещаться наружный ЗИП. На машинах, проходивших капремонт после 1972 года, в башне приваривали бонки для крепления элементов фильтровентиляционных установок ФВУ-15, а в отделении управления — ФВУ-3,5.
В процессе эксплуатации танков Т-54Б пришлось вносить некоторые изменения и в их базовую конструкцию. Так, например, вместо дневного прибора наблюдения наводчика был установлен ночной прицел. Неожиданно выяснилось, что отсутствие у наводчика этого прибора приводит к нарушению функций его вестибулярного аппарата: при движении танка наводчика укачивало. Пришлось срочно разрабатывать и монтировать в крыше башни справа от ночного прицела неподвижный призменный прибор наблюдения ТНП-165.
В середине 1970-х годов разрабатывается новая программа модернизации танков Т-54. Ее целью стало доведение характеристик «пятьдесятчетверок» до уровня танков Т-55 последних лет выпуска, а также их унификация. Модернизированный танк Т-54М («объект 137М») был принят на вооружение приказом министра обороны СССР от 18 марта 1977 года. Модернизация осуществлялась силами танкоремонтных заводов Министерства обороны.
На Т-54М внедрялись агрегаты, системы и приборы, разработанные для танка Т-55. В частности, устанавливались баки-стеллажи, благодаря чему боекомплект пушки возрос до 43 выстрелов, стабилизатор вооружения СТП-2М, лазерный дальномер КДТ-1, прицел наводчика со стабилизированной линией прицеливания ТШС-32ПВМ. Кроме того, машина получила двигатель В-55 или В-55В мощностью 580 л.с, а также системы ПАЗ, ППО и ТДА. Все танки были приспособлены для навешивания минного трала КМТ-4 или КМТ-6. В ходовой части устанавливались штампованные опорные катки и гусеницы с РМШ. Боевая масса модернизированной машины возросла до 36,5 т.
На базе Т-54М выпускался командирский танк Т-54МК. Он отличался от базового установкой дополнительной коротковолновой радиостанции Р-130М, зарядного агрегата АБ-1-П/30 и навигационного оборудования ТНА-4.
Следует отметить, что модернизацию до уровня Т-54М прошли не все «пятьдесятчетверки». Многие так и остались в варианте Т-54Б. Это объясняется тем, что в конце 1970-х — начале 1980-х капитального ремонта и осуществления различных программ модернизации требовали уже несколько десятков тысяч танков Т-55, Т-62, Т-64 и Т-72. С таким объемом работы танкоремонтные заводы СССР справиться были просто не в состоянии.
