В 1950 г. в КБ завода №183 совместно с ЦНИИ-58 был разработан проект установки в башне танка 122-мм пушки Д-25 конструкции завода N99 с электромеханическим досылателем. Кроме того, рассматривался вариант использования в Т-54 122-мм танковой пушки М-62 конструкции завода №172. Однако дальнейшие работы по данной тематике на заводе N9183 были свернуты в связи с изготовлением в конце 1950 г. на заводе N9174 опытного образца самоходной установки СУ-122 на базе танка Т-54, вооруженной 122-мм пушкой Д-49 и планируемой в дальнейшем к принятию на вооружение Советской Армии.
С начала 1951 г. на заводе №183 начались эскизные проработки по установке в танк Т-54100-мм пушки Д-46ТА конструкции завода №9. Пушка имела вертикальное перемещение клина затвора и была разработана как для раздельно-гильзового, так и унитарного заряжания. Однако дальнейшие работы были прекращены в пользу установки новой 100-мм танковой пушки Д-54.
Работы по установке в танке Т-54100-мм танковой пушки Д-54 с одноплоскостным (по вертикали) стабилизатором «Радуга» и прицелом ТШ-22А начались в соответствии с приказом министра обороны №880 от 18 сентября 1952 г. 100-мм пушка Д-54 имела дульную энергию на 30% большую, чем серийная пушка Д-1 ОТ, и обеспечивала значительное повышение огневой мощи танка Т-54.
Был изготовлен один опытный образец танка Т-54 («Объект 141»), вооруженный пушкой Д-54, который в 1955 г. прошел заводские испытания, а летом следующего года – полигонно-войсковые испытания. Дальнейшие работы были свернуты в пользу применения в танке пушки Д-54ТС с двухплоскостным стабилизатором «Молния».
Установка пушки Д-54ТС с двухплоскостным стабилизатором «Молния» и перископическим прицелом Т-2С «Удар» на заводе № 183 с участием ЦНИИ-173 и заводов №393 и №9 в танк Т-54 производилась в соответствии с постановлением Совета Министров СССР №347-205сс от 2 февраля 1955 г. Опытный образец танка Т-54 с пушкой Д-54ТС получил заводское обозначение «Объект 139». Машина имела увеличенный боекомплект, оснащалась более совершенными средствами связи, ночными приборами наблюдения и прицеливания. В декабре 1956 г. для проведения полигонно-войсковых испытаний завод №183 изготовил три образца «Объекта 139».
Компоновка боевого отделения танка «Объект 431» (проект, 1957 г.).
Компоновка «истребителя танков «Объект 150» (проект, 1957 г.).
В январе-апреле 1957 г. танки «Объект 139» прошли полигонно-войсковые испытания. Однако комплекс вооружения со стабилизатором «Молния» и прицелом Т-2С испытаний не выдержал. В результате было принято решение укомплектовать два танка Т-54 доработанными образцами пушек Д-54ТС, прицелами Т-2С, стабилизаторами «Ливень» и в мае-июне 1958 г. провести повторные испытания.