В 1954 году по заданию ГАБТУ МО в НАМИ были развернуты работы по созданию 3-осных автомобилей высокой проходимости, грузоподъемностью 5 т, которые должны были устранить пробел в типаже полноприводных автомобилей, необходимых для нужд обороны страны, а также для развивающихся отраслей нефте- и газодобычи, геологоразведки, освоения северных и целинных земель и т.д. С этой целью в НАМИ был образован специальный конструкторский отдел (лаборатория) автомобилей высокой проходимости под руководством главного конструктора Николая Ивановича Коротоношко (инженеры Г.А. Крестовников, А.В. Родионов и др.). На основе проведенных экспериментальных работ с учетом перспективных требований к автомобилям многоцелевого назначения, в НАМИ было спроектировано целое семейство автомобилей с колёсными формулами 4x4, 6x4, 6x6, 8x4 и 8x8, и в 1955 году построены многоцелевой НАМИ-020 и транспортный автомобиль с деревянной платформой увеличенного объема НАМИ-021 (оба типа 6x6)                                                                    

НАМИ-020 стал первым советским автомобилем-вездеходом, наиболее полно удовлетворяющим требованиям Министерства обороны и не повторяющим ни один серийный грузовой автомобиль. На НАМИ-020 был установлен опытный верхнеклапанный V-образный 8-цилиндровый карбюраторный двигатель мощностью 180 л.с. с алюминиевыми головками блоков и поршнями разработки московского Завода имени Лихачева. В трансмиссии применили фрикционное сцепление, 5-ступенчатую коробку передач ЯМЗ (от МАЗ-200) с синхронизаторами на всех скоростях и раздаточную коробку (аналогичную устанавливаемой на МАЗ-502) с двумя понижающими передачами и несимметричным планетарным межосевым дифференциалом с зубчатой муфтой отключения переднего моста. Передний ведущий мост имел дисковые ШРУСы типа «Тракта», колесные редукторы и одноступенчатую спирально-коническую главную передачу. Задние ведущие мосты были приняты с главной передачей проходного типа в задней тележке, соединенные через симметричный межосевой дифференциал, блокируемый с помощью пневматического привода. Выбор главных передач проходного типа имел целью последующее создание двух-, трех- и четырехосных моделей автомобилей семейства. Барабанные колесные тормоза были герметизированы и имели пневмогидравлический привод. Стояночный тормоз был выполнен с механическим приводом. Рулевой механизм снабжен гидроусилителем. Для автомобиля были приняты бездисковое крепление колес, шины низкого давления, размером 14.00-20", односкатного расположения, оборудованные централизованной системой для снижения внутреннего давления воздуха на ходу автомобиля. Рисунок протектора был выполнен в форме низкой сильно расчлененной «елки», распространенной и на боковины шины. Конструкция колеса была выполнена разъемной. Запасное колесо устанавливалось на автомобиль гидравлическим подъемником. Автомобиль был оборудован предпусковым подогревателем двигателя и обогревом кабины и аккумуляторов. Запустить двигатель можно было, помимо электрического, еще и пневматическим дублирующим пусковым устройством. По причине отсутствия необходимой технологической базы в НАМИ кабина была заказана на ГАЗе. Платформа была выполнена цельнометаллической, с 3 рядами откидных сидений. Сзади под платформой устанавливалась лебедка с горизонтально расположенным барабаном, с выдачей троса вперед и назад.

При снаряженной массе 7250 кг НАМИ-020 имел грузоподъемность 4 т и развивал максимальную скорость 80 км/ч. Испытания показали его высокую проходимость по сухому сыпучему песку, метровой снежной целине, размокшей пашне, болотистой луговине, на грязных проселочных дорогах. Дорожный просвет под ведущими мостами НАМИ-020 составлял 405 мм, а под раздаточной коробкой достигал 675 мм. НАМИ-020 преодолевал подъемы до 32° и броды глубиной до 1,2 м. При снижении давления воздуха в шинах от 2,5 до 0,8 кгс/см2 опорный отпечаток шины увеличивался в 1,93 раза, сопротивление движению на деформируемых грунтах уменьшалось на 15..20%, а сила тяги по сцеплению колес с почвой возрастала на 20..25%. Колесный движитель этого выдающегося автомобиля по уровню проходимости уступал гусеничному движителю лишь на весьма тяжелом бездорожье. Автомобиль уверенно работал вне дорог с прицепом полным весом 5 т. На шоссе НАМИ-020, по сравнению с ГАЗ-63 и ЗиС-151, обладал меньшим средним расходом горючего и большей скоростью.

После проведенных лабораторно-дорожных испытаний встал вопрос о производстве нового вездехода в несколько упрощенном варианте на одном из машиностроительных предприятий СССР. Сначала машину предполагали поставить на поток на ЗиЛе, затем рассматривался паровозостроительный завод в Улан-Удэ. В конечном итоге, выбор пал на Уральский автозавод. Формально это решение было подтверждено протоколом, утвержденным министром автомобильной промышленности Н.И. Строниным 4 апреля 1957 года. Согласно этому протоколу УралАЗ и НАМИ должны были на УралАЗе совместно к 1 июля 1957 года доработать техническую документацию на 3-осный автомобиль в соответствии с уточненными ТТТ, замечаниями Пленума НТК ГАБТУ МО и решением НТС МАП. Для этих целей завод и НАМИ выделяли группы конструкторов, а на заводе, во исполнение протокола, создавалось СКБ по автомобилям высокой проходимости под руководством главного конструктора Святослава Анатольевича Курова.

  17 мая 1957 года в Миасс прибыли 20 конструкторов НАМИ вместе с опытным образцом НАМИ-020, который заводчане сперва приняли за иностранную машину. Работы по устранению замечаний и недостатков по результатам испытаний НАМИ-020 и передачу чертежей на подготовку производства непосредственно курировал заместитель главного конструктора А.И. Титков (с 1960 года — главный конструктор УралАЗа). Работы по узлам вели конструкторы завода П.А. Фишбейн, Я.Р. Непомнящий, А.А. Романченко (с 1969 года — главный конструктор УралАЗа), Б.В. Рычков, И.Б. Шапшал, B.C. Смирнов, З.Т. Карасева и др. Военные заказчики потребовали унификации редукторов всех трех мостов. В связи с этим изменилось положение двигателя и его систем, потребовалось изменение облицовки радиатора, брызговиков и крыльев. Унифицированные редукторы главных передач потребовали разработки нового привода управляемых колес, для увеличения надежности был переработан рулевой механизм. Переработанные рама и поперечины были изготовлены на МАЗе. Были разработаны дисковые колеса, новая лебедка, изменена передняя подвеска и т.д. В итоге конструкция НАМИ-020 на основании новых требований и замечаний испытателей была глубоко переработана и автомобиль получил наименование УралЗИС-НАМИ, а после присвоения индекса в межотраслевом бюро НАМИ - УралЗИС-НАМИ-375.

17 апреля 1958 года ЦК КПСС и Совет Министров СССР приняли постановление о реконструкции Уральского автозавода с целью выпуска семейства 5-тонных автомобилей высокой проходимости в объеме выпуска 35000 таких автомобилей в год с прекращением на нем производства 2-осных машин. При этом срок выпуска первой партии новых машин был установлен 1960 год, а серийного производства – 1961 год.

1 мая 1958 года на праздничной демонстрации по главному проспекту города прошли два первых опытных образца УралЗИС-НАМИ-375, собранные в КЭО УралАЗа. Первый – с кабиной от нового московского грузовика ЗиЛ-130 с панорамным ветровым стеклом, усиленным центральной перемычкой, второй имел цельнометаллическую кабину собственного изготовления. Заводские, а затем и полигонно-заводские испытания опытных образцов первой серии, выявивили массу недостатков: значительные износы и поломки деталей двигателя и его систем, сцепления; недостаточная жесткость мостов; автоколебания управляемых колес; неоднократный отказ тормозов; неудовлетворительная работа передней подвески на резиновых опорах рессор; поломки рессор; низкая износостойкость шин; недостаточная надежность основания и других деталей кабины, лебедки. В то же время, была отмечена удовлетворительная работа коробки передач, раздаточной коробки и системы накачки шин, изменяющей давление в зависимости от дорожных условий от 3,2 до 0,5 кгс/см2.

 В марте 1959 года начались испытания опытных образцов второй серии - Урал-375 и Урал-375Т (с деревянной платформой с 3 открывающимися бортами), на которых была ликвидирована часть недостатков. Оба автомобиля имели кабину собственного изготовления. По требованиям военных новая кабина имела съемный брезентовый верх, плоские ветровые стекла, которые складывались до уровня капота, чем выполнялись «необходимые условия по маскировке автомобиля и его защите от оружия массового поражения». После успешных заводских испытаний, в июне 1959 года автомобили были переданы на государственные испытания.

20 июля 1959 года вышел приказ директора завода А.К. Рухадзе №331 о подготовке серийного производства Урал-375. Поскольку на основном конвейере завода всего лишь год, как был начат выпуск УралЗиС-355М, для сборки установочной партии и серийного производства Урал-375 было решено использовать временные площади. Для ускорения выпуска трехосных автомобилей организовали три цеха опытного производства (ЦОП). В ЦОП-1 организовывалась сборка всех трех редукторов, в ЦОП-2 - производство раздаточных коробок. В других цехах по временной технологии была организована сборка мостов и рулевых управлений. И, наконец, в ЦОП-3 был организован временный конвейер для сборки самих автомобилей Урал-375.

7 ноября 1960 года – в день 43-й годовщины Великой Октябрьской Социалистической Революции – по центральным улицам Миасса в составе праздничной заводской колонны проехал первый серийный Урал-375. А 31 декабря 1960 года, в цехе шасси состоялся митинг, посвященный постройке серийной десятки этих автомобилей – именно тот день и стал началом серийного производства нового вездехода. Первое время Урал-375 выпускались только для удовлетворения заказов Министерства обороны. Практически все машины имели 3-местную кабину с брезентовым верхом. Бортовые автомобили-тягачи Урал-375 оснащались цельнометаллической грузовой платформой со съемными дугами и тентом, оборудованной продольными откидными скамьями для транспортировки личного состава. Для привода вспомогательных агрегатов на коробку передач могла устанавливаться коробка отбора мощности, а также коробка дополнительного отбора мощности с приводом через скользящую муфту от первичного вала раздаточной коробки. Часть автомобилей оснащалась установленной спереди лебёдкой барабанного типа (тяговое усилие 7 тс, рабочая длина троса - 65 м) с тросоукладчиком, предназначенной для самовытаскивания автомобиля. Привод лебедки - открытая карданная передача от коробки дополнительного отбора мощности.

В 1961-1963 годах в НАМИ прошли сравнительные испытания серийного Урал-375 и НАМИ-020, по результатам которых было подтверждено соответствие параметрам и выработаны рекомендации для дальнейшего совершенствования. В частности, отказались от муфты отключения переднего моста, лебёдку перенесли в заднюю часть рамы. Машина, наконец, получила первоначально разработанную для Урал-377 цельнометаллическую кабину с закрепленным неподвижно 4-секционным ветровым стеклом и более эффективным отопителем. В 1964 году после проведенной модернизации многоцелевой бортовой автомобиль получил индекс Урал-375Д.

По своим техническим показателям, и в первую очередь по проходимости, Урал-375Д стал лучшим среди вездеходов этого класса. В сентябре 1969 года Урал-375Д, демонстрировавшийся на международной Лейпцигской ярмарке (ГДР), был награжден золотой медалью и дипломом I степени. В 1972 году этому автомобилю была присвоена высшая категория качества, а в 1973 году - государственный Знак качества - символ технического совершенства того времени. Первая экспортная партия Урал-375Д в середине 60-х годов была передана в Монголию, вслед за ней две партии машин ушли в ГДР.

 На базе автомобилей Урал-375 было создано бесчисленное множество специальных машин для нужд Советской армии и армий стран Варшавского договора, в том числе: пусковая установка БМ-21 РСЗО 9К51 «Град», автоцистерны АЦ-5-375, АЦ-5,4-375 и АЦГ-5-375, автомаслотопливозаправщики АТМЗ-5-375, передвижные мобильные штабы со спальными прицепами, специальные автомобильные краны 8Т200 и т.д. Уральские вездеходы нашли большое применение и «на гражданке», являясь незаменимыми помощниками газо- и нефтедобытчиков, сейсмологов, геологов.

На протяжении серийного выпуска Урал-375Д и его модификации постоянно модернизировались. Так, например, с середины 1968 года в системе охлаждения двигателя вводится отводная магистраль, обеспечивающая циркуляцию воды в водяной рубашке двигателя при отключенном радиаторе (байпас) и устанавливается единый полнопоточный центробежный масляный фильтр (центрифуга).

Всем был хорош 375-й, кроме одного – стремительно устаревавшего карбюраторного двигателя с очень высоким расходом топлива: на 100 километров расходовалось 68 литров бензина. В ноябре 1977 года на Уральском автозаводе были выпущены первые грузовики Урал-4320 с дизелями КамАЗ-740 мощностью 210 л.с., которые к 1992 году полностью вытеснили бензиновые вездеходы с главного конвейера.