К лету 1937 года на испытания вышла оригинальная и более совершенная грузопассажирская «трехоска» ГАЗ- 21, уже на базе только что освоенной «эмки». Теперь и эта задача была успешно решена. Больше за нее в стране уже никто не брался, да и вряд ли бы кто это сделал лучше. Машина начала готовиться к производству, на что выделили солидные средства. Были созданы легковые 7-местные модификации и 2 бронеавтомобиля на её базе. Имя инженера Грачева становится известным в кругах технической общественности. Он и сам не чурается популяризировать новые технические идеи на страницах журналов «За рулем», «Автостроитель», «Техника – молодежи».
В его активе – участие в создании полугусеничных автомобилей, седельных тягачей, аэросаней, броневиков.
Грачев по собственной инициативе берется за создание нового для нас полноприводного автомобиля 4x4, считая, что он гораздо эффективнее и перспективнее, хотя и может перечеркнуть прежнюю работу. Об этом он пишет Наркому обороны Маршалу К.Е.Ворошилову. Впереди много трудностей, еще больше неясного, возможна неудача, которую могут и не простить. Неизвестна геометрия шарниров равных угловых скоростей типа «Вейсс», а на покупку лицензии нет ни средств, ни времени. Грачев разгадывает и этот технический секрет, а его новую работу активно поддержали в верхах. В рекордный срок первый советский легковой вездеход ГАЗ-61 -40 был спроектирован и незамедлительно передан на изготовление. Сам Грачев, уже в качестве руководителя сектора и ведущего конструктора по легковым автомобилям высокой проходимости, делал общую компоновку и основные оригинальные агрегаты: раздаточную коробку и передний ведущий мост, и все это (с рабочими чертежами) – за 4 месяца. Летом 1939 года машина уже на испытаниях. Ее невиданные качества, особен но по динамике и проходимости, поражали современников и остались так и не превзойденными для машин этого класса до наших дней. ГАЗ-61-40 блестяще прошел испытания, показывался высшему государственному и военному руководству, демонстрировался на ВСХВ и одновременно, как и следовало ожидать, решил судьбу ГАЗ-21, полностью подготовленного к производству.
К концу 1940 года уже собрана промышленная партия ГАЗ-61-73 -легковых вездеходов для высшего командного состава Красной Армии. Этими машинами пользовались видные военоначальники: К.Е.Ворошилов, С.К.Тимошенко, Г.К.Жуков, К.К.Рокоссовский, И.С.Конев, С.М.Буденный и другие.
Они были необычайно популярны в армии, за ними буквально охотились. Но был нужен более простой и дешевый легковой вездеход для среднего командного звена. Нарком В.А.Малышев в январе 1941 года вызвал к себе уже хорошо ему известного инженера Грачева и, показывая фото американского «Бантама», приказывает – «сделать так!». Слов нет – «Бантам» хорош. У нас тогда ничего подобного не было. Но ведь он сделан давно, очень давно по тем стремительным временам полгода назад. Грачев так не может. Он должен сделать лучше. Он никогда и никому не подражал – всегда хватало своих идей, причем хороших. Так, буквально за два месяца силами всего нескольких человек появился первый наш армейский «джип» ГАЗ- 64, по сложившейся уже традиции превосходящий «Бантам» в динамике и проходимости. К концу лета он уже выпускается, пусть пока по обходной технологии.
Война. Нужны и очень срочно тысячи новых боевых изделий, в том числе и броневики, более совершенные, чем делались раньше. В январе 1942 года уже готов оригинально скомпонованный легкий пулеметный бронеавтомобиль БА-64 на шасси ГАЗ-64. В апреле 1942 года за создание этой бронемашины, а также ГАЗ-61 Грачеву присуждена Сталинская премия.