На основании проведенных исследований был разработан и испытан ряд макетных образцов автоматов принципиально новых систем. По результатам этих испытаний в 1964 г. был подготовлен проект тактико-технических требований на разработку легкого автомата под 5,45-мм патрон, имеющего повышенную по сравнению с автоматом АКМ, эффективность. В дальнейшем они легли в основу тактико-технических требований Главного ракетно-артиллерийского управления на основании котёорых в 1967 г. началась разработка нового автомата. В начале 70-х годов была завершена разработка 5,45-мм патрона (5,45х39) имевшего удлиненную пулю с комбинированным стальным и свинцовым сердечником и полостью в носике. Уменьшение калибра и веса (в 1,5 раза), вдвое меньшее соотношение между весом пули и порохового заряда по сравнению с патроном 7,62х39 сулили значительное повышение начальной скорости пули, увеличение настильности траектории, уменьшение импульса отдачи, количественное увеличение носимого боекомплекта при том же общем весе выкладки стрелка. Полная масса патрона — 10,2  грамма — на 6 грамм меньше, чем масса патрона 7.62х39мм (16.2 г), что при носимом боекомплекте всего в 8 магазинов (240 патронов) дает экономию массы в 1,4 кг. Новый патрон обеспечил существенно более настильную траекторию пули и значительно — почти на 100 метров — увеличение дальности прямого выстрела. Вследствие особенностей конструкции пули она при попадании в тело должна была начинать кувыркаться, нанося более тяжелые, чем обычно, раны, однако по некоторым данным, так происходит не всегда.

В центральном научно-исследовательском институте точного машиностроения в Климовске приступили к определению технического облика новой системы стрелкового вооружения и, прежде всего основных образцов оружия ее составляющих автомата и единого пулемета. В результате комплексного подхода была обоснована система стрелкового вооружения, включающая 5,45-мм автоматный патрон, автомат, малогабаритный автомат (в качестве вспомогательного оружия), пулемет под указанный боеприпас, а также модернизированный (облегченный) единый пулемет с новым, более маневренным станком. Разными путями шли конструкторы к достижению поставленной задачи. Большинство из представленных образцов отличалось принципиально новыми схемами. Всего было представлено на конкурсные испытания 10 образцов. Из них дошли до заключительных, войсковых испытаний, два образца: системы А. С. Константинова и системы М. Т. Калашникова. Войсковые испытания выявили некоторое превосходство по эффективности стрельбы автомата Константинова, но по соображениям преемственности в производстве и эксплуатации в армии, а также по его некоторым служебно-эксплуатационным недостаткам, предпочтение было отдано автомату Калашникова, который в 1974 г. был принят на вооружение Советской Армии под индексом АК-74 (6П20). Состав комплекса вооружения калибра 5.45 мм содержал автомат АК-74 (базовый вариант), автомат АКС-74 (вариант со складным прикладом для ВДВ) и ручной пулемет РПК-74. В конце 1970-х годов на вооружение также принимается укороченный автомат АКС-74У. Таким образом, совершенство и законченность конструкции автомата Калашникова позволили на его базе создать не только унифицированную систему под патрон обр. 1943 г., но, когда возникла необходимость уменьшения калибра, взяв его за основу и сохранив принципиальную схему автоматики, разработать новый, унифицированный с предыдущим, комплекс оружия 5,45-мм калибра (5,45-мм автоматы АК-74 (6П20), АКС-74У (6П26) (укороченный), 5,45-мм ручной пулемет РПК-74 и др.). Впервые в мировой оружейной практике была решена проблема широкой (межвидовой) унифицикации стрелкового оружия не только в пределах одного калибра, но и при переходе на другой.

АК-74 первых выпусков с деревянной фурнитурой и штык-ножом старого образца