На танке Т-54-2 была установлена новая башня с узкой 400-мм амбразурой для пушки, без обратного скоса спереди и с боков, с командирской башенкой, в которой монтировались прибор ТПК-1 и пять призменных смотровых приборов. Турель зенитного пулемета заменили новой, улучшенной конструкции. 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 3500 штук. Для выдерживания заданного направления движения танка в течение короткого времени в условиях ограниченной видимости и отсутствия ориентиров механика- водителя снабдили курсоуказателем — гирополукомпасом ГПК48.
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, а также управляемой заслонки в патрубке водяного радиатора для регулирования потока проходящей жидкости. Вместо трех наружных цилиндрических топливных баков установили два плоских прямоугольных, 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 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 пятилитровых углекислотных баллона, восемь термоизвещателей, четыре распылителя и кнопка включения.
В 1950 году серийное производство Т-54 возобновилось. За этот год только завод № 183 сумел изготовить 423 машины вместо 400 по плану. Выпуск 1951 года составил уже более 800 танков.