Šis variklis, pavadintas M-51, turėjo 3480 cm³ darbinį tūrį. Jis buvo komplektuojamas su 4 pavarų mechanine nesinchronine pavarų dėže. GAZ-51 taip pat galėjo važiuoti suskystintomis dujomis, turėdamas specialų baką ir modifikuotas įsiurbimo bei išmetimo sistemas.