В семидесятых годах автомобиль Урал-375Д подвергся глубокой модернизации. В 1973 году начались испытания, а в 1976 году - серийное производство нового образца армейского грузовика, получившего обозначение Урал-4320. Автомобиль получил новый мощный восьмицилиндровый дизельный двигатель, вследствие этого изменилось оформление передней части кабины водителя. Все колеса грузовика - ведущие, односкатные. Привод к передним колесам неотключаемый. В трансмиссию включена раздаточная коробка с блокируемым межосевым дифференциалом. Машина оснащена системой централизованного регулирования давления воздуха в шинах. Кабина водителя цельнометаллическая. Новая машина положила начало созданию целого семейства автомобилей различного целевого назначения. В процессе производства базовая модель семейства была модернизирована - в частности, на нее стали устанавливать новый двигатель повышенной мощности (220 л.с.).

Автомобиль производился во всех стандартных армейских модификациях, среди которых: бортовой автомобиль с универсальной грузовой платформой и дизелем мощностью 210 л.с. Урал-4320, бортовая машина с 220-сильным двигателем Урал-4320-02, тягач с бортовой платформой Урал-43202, седельный тягач Урал-44202,шасси Урал-43203. Грузовики "Урал", так же, как и некоторые другие автомобили, могут быть оснащены комплектами специальных железнодорожных ходов, позволяющих автомобилям передвигаться непосредственно по железнодорожному полотну. В основном машины, оснащенные подобными приспособлениями, нашли применение в железнодорожных войсках, где они используются на поездной, маневровой работе (автомобиль Урал-4320 на железнодорожном полотне способен развивать тяговое усилие до 6,5т), для подачи звеньев пути под путеукладчик, перевозки личного состава и грузов.