Работа над «изделием 64-125» шла быстро, уже в конце ноября закончили сварку бронекорпуса, а 3 января 1942 г. машину опробовали на ходу. Поскольку башня не была готова, пулемет разместили в открытом люке на крыше бронекорпуса на турели, что давало возможность вести огонь по наземным и воздушным целям только в направлении движения автомобиля. 3 марта были закончены войсковые испытания, и бронеавтомобиль, получивший обозначение БА-64, был принят на вооружение и рекомендован к производству.
БА-64
Бронеавтомобиль БА-64 и БА-64Б на испытаниях
Производство корпусов для серийных машин первоначально было налажено на Выксунском заводе дробильно-размольного оборудования, переведенном на выпуск военной продукции. К маю 1942 года первые три БА-64 вышли на государственные испытания, а уже летом серийные броневики приняли участие в боевых действиях. Впоследствии выпуск БА-64 был налажен и на ГАЗе. Совместно с модернизированным вариантом БА-64Б машина находилась в строю до конца войны. 10 апреля 1942 г. Грачев за создание БА-64 был удостоен Государственной премии.
БА-64 был первым серийным отечественным бронеавтомобилем со всеми ведущими колесами. Это значительно повысило его проходимость. Он преодолевал подъемы в 30° и скользкие косогоры с уклоном до 18°. Машина могла проходить по пашне и песку и даже трогаться с места при остановке на таких грунтах. Большие углы свеса спереди и сзади облегчали преодоление канав и воронок. При боевой массе 2,4 тонны имела длину 3,66 м, ширину 1,52 м и высоту 1,88 м. БА-64 был самой маленькой бронемашиной времен Второй мировой войны. Бензиновый двигатель ГАЗ-ММ мощностью 50 л.с. обеспечивал максимальную скорость 80 км/час. Машина имела трехскоростную коробку передач, конический дифференциал и механические тормоза.