Prace nad GAZ-3101 prowadzono pod kierunkiem głównego konstruktora samochodów osobowych zakładów GAZ N. Juszmanowa. Dla oszczędności pozostawiono niezmienioną całą środkową część nadwozia, z kabiną pasażerską, natomiast zmiany dotknęły części przedniej i tylnej. Część przednia została wydłużona o 20 cm, które zwiększyły strefę zgniotu. Pas przedni i tylny został całkowicie zmieniony. W swojej ostatecznej postaci opracowanej w 1979 roku, samochód otrzymał prostokątne reflektory z dużymi szkłami kierunkowskazów i świateł pozycyjnych na rogach nadwozia oraz silnie podkreśloną pionową kratę atrapy chłodnicy, podobną do amerykańskiej mody tego okresu. Z tyłu samochód otrzymał duże poziome lampy zespolone. Wystające klamki zamieniono na wpuszczane, a w drzwiach przednich zastosowano jednoczęściowe opuszczane w całości szyby, bez przednich trójkątnych uchylanych szybek. Zbiornik paliwa przeniesiono w bezpieczne miejsce za oparciem tylnej kanapy, a koło zapasowe umieszczono pod podłogą bagażnika. Całkowicie zmieniło się wnętrze samochodu. Dla polepszenia stabilności toru jazdy przy większych prędkościach, ulepszono przednie zawieszenie i zwiększono o 3,5 cm rozstaw kół, wprowadzając przy tym radialne opony. Zastosowano też hamulce tarczowe z przodu. Prototyp z 1979, oznaczony GAZ-31011, miał silnik benzynowy V6 o pojemności 4250 cm³.