Серия 3-5-4 стала последней в проекте, разработанной под руководством главного конструктора Александра Андронова. Экстерьер машины по-прежнему следовал концепции «большого Москвича-408» – были внесены лишь небольшие косметические правки. С учётом того, что модель планировалась к серийному производству в 1973-1975 годах, её дизайн был явно устаревшим. Во время разработки этой серии на завод вернулся дизайнер Игорь Зайцев, несколькими годами ранее ушедший в знак протеста против принятой концепции экстерьера.
Технически эта серия вобрала в себя всё лучшее, что могли предложить инженеры АЗЛК. Она отличалась доработанной конструкцией пружинной задней подвески, на неё установили двигатель 412 увеличенной мощности и коробку передач КП-9. В конструкции кузова учли результаты краш-тестов машин предыдущих серий.
К моменту постройки прототипа 3-5-4 на новый «Москвич» был согласован отраслевый индекс 2141.