Установили на танке более мощный дизель В-12-6, имевший 750 л. с. при 2100 об/мин и отличавшийся конструкцией картера, коленчатым валом, поршнями цилиндров и т.д. Ввели ножную педаль тормоза и новые бортовые редукторы, у которых планетарный ряд размещался внутри ведущего колеса. Для улучшения плавности хода число гидроамортизаторов увеличили до шести, а динамический ход опорного катка возрос со 144 до 172 мм.
Запас возимого топлива довели до 400 л за счёт двух новых баков, которые разместили на кормовой части корпуса.
Танк получил систему ПАЗ и ТДА для постановки дымовой завесы.
В качестве средств связи использовались радиостанция Р-133 и ТПУ Р-120.
В результате всех этих изменений масса танка возросла до 51,5 т.
Государственные испытания «объекта 272» завершились в декабре 1956 г. По их результатам танк был рекомендован к производству.
К этому времени к выпуску новой модификации подключили ЛКЗ. До этого танки Т-10, Т-10А и Т-10Б производились только на ЧКЗ. Несмотря на все усилия, приложенные конструкторами и руководством отрасли, добиться полной унификации машин, выпускавшихся на этих двух заводах, не удавалось. Поэтому 26 сентября 1957 г. приказом министра обороны было принято на вооружение под обозначением Т-10М сразу два танка: «объект 272» – ленинградский и «объект 734», выпускавшийся в Челябинске.
Машины ЧКЗ отличались конструктивными изменениями в приводах управления трансмиссией, бортовых редукторах, системе питания топливом. Хотя такая ситуация и шла вразрез с требованиями по стандартизации и унификации вооружения и военной техники, тем не менее танки с этими конструктивными отличиями находились в серии вплоть до 1962 г., когда производство Т-10М в Челябинске завершилось; на ЛКЗ их выпуск продолжался до конца 1965 г.
С 1959 г. в Ленинграде пошла в серию командирская машина «объект 272К» на базе Т-10М, предназначенная для обеспечения связи командира подразделения с вышестоящим командованием и штабами. Для размещения дополнительной радиостанции Р-112 и зарядного агрегата боекомплект к пушке уменьшили до 22 выстрелов. Дальность связи Р-112 при работе с 10-метровой антенной на стоянке в телеграфном режиме составляла 100 км, в телефонном режиме – 40 км. Всего с 1959 по 1964 г. было построено 100 Т-10МК (выпускались только на ЛКЗ).
В процессе производства в конструкцию Т-10М постоянно вносились изменения. Так, с декабря 1962 г. стали устанавливать более простую в изготовлении механическую трансмиссию, первоначально разработанную в качестве резервного варианта. Она была на 507 кг легче прежней и имела значительно меньшие габариты, что позволило дополнительно разместить в забронированном объёме 100 л топлива.
С 1963 г. Т-10М начали выпускать с системой ОПВТ: танк теперь мог преодолевать по дну водные преграды глубиной до 5 м.
С 1964 г. ввели автоматическую систему ППО с более эффективным огнетушащим составом «3,5».