Полугусеничный ГАЗ-51 постройки НИИАТП доставили на ГАЗ, где он прошел комплекс испытаний, показавших нецелесообразность проведения опытно-конструкторских работ в данном направлении. Тем не менее, на основании постановления Совета Министров СССР 26 июля 1949 г. МАТП СССР приказом № 163 обязало ГАЗ изготовить полугусеничный автомобиль по требованиям ГЛАВТУ.
Ведущим конструктором АП-41 был назначен С.Б. Михайлов. Уже в сентябре эскизный проект отправили в ГУ МАТП для предъявления заказчику. Одновременно с эскизным проектом разрабатывался технический проект, утвержденный в декабре. Учитывая исключительно сжатые сроки, отведенные на выпуск опытных образцов, завод одновременно с подготовкой проектов приступил к изготовлению узлов и деталей трех машин, внося изменения по ходу постройки согласно замечаниям военных.
ГАЗ-41 был спроектирован в трех вариантах. Расположение ведущих зубчаток и ленивцев, как и их крепление, на всех машинах было одинаковым. Подвеска катков — торсионная, независимая. Детали подвески катков и ленивцев во всех вариантах были взаимозаменяемыми. Колея гусеничного хода составляла 1750 мм, передних колес — 1585 мм. Предложенные варианты отличались между собой конструкцией катков, гусениц и ведущих зубчаток.
Техническим проектом предусматривалось управление ГАЗ-41 как поворотом передних колес, так и подтормаживанием гусениц, однако в первых опытных образцах механизм синхронизации поворота передних колес и подтормаживания гусениц не был реализован. Проектная скорость по шоссе составляла 42–45 км/ч, запас хода — 400 км. Снаряженная масса АП-41 с грузом в 1,5 т оценивалась в 5500 кг. Предполагалось, что АП-41 сможет буксировать по шоссе прицеп массой 2500 кг и по бездорожью — 1500 кг. В кабине предусматривались места для водителя и пассажира. Кузов рассчитывался на 12 мест. АП-41 имел длину 5525 мм, ширину 2200 мм, высоту по кабине 2130 мм и по тенту — 2600 мм.
В первом варианте ГАЗ-41 гусеничный ход был подобен снегоходам Т-42, С-20, С-21, С-22 и «Bombardier». Использовались опорные катки и ленивцы («авиаколеса с пневматиками высокого давления») с размером резины 570x140. Гусеница шириной 500 мм состояла из двух резиновых лент шириной 150 мм и толщиной 15 мм, соединенных металлическими штампованными планками («траками») с шагом 121 мм со съемными резиновыми башмаками. Допускалась установка через «трак» развитых грунтозацепов. Удельное давление без погружения в грунт должно было составлять 0,31 кг/см², а с погружением в грунт на 100 мм — 0,21 кг/см². Ведущая зубчатка движителя была двойная, штампованная, с литым зубчатым венцом. Ширина хода гусеничного движителя равнялась 2250 мм.