В декабре 1991 г. распался СССР, и порвались многолетние внутрисоюзные связи. Новые условия периода перестройки, потеря важных рынков, сбои в кооперационных связях и фактическое прекращение поступления военных заказов заставили ЗИЛ в корне пересмотреть свою политику и начать приспосабливаться к рыночным принципам ведения хозяйства. В первое время это привело к резкому падению спроса на все серийные грузовые автомобили и поставило завод на грань банкротства. Одновременно начались активные поиски выхода из создавшегося положения, в результате которых вся производственная программа была пересмотрена и расширена. Этому способствовала и конкуренция со стороны иностранных фирм, которую ранее ЗИЛ никогда не испытывал.

23 сентября 1992 г. ПО ЗИЛ было приватизировано первым в отрасли и одним из первых из числа крупнейших предприятий России и преобразовано в Открытое Акционерное Московское Общество "Завод имени И. А. Лихачева" (АМО ЗИЛ) с сохранением торговой марки "ЗИЛ". Общее собрание акционеров избрало новый в истории завода орган управления - Совет директоров. Кроме головного завода, оно включало 30 дочерних предприятий. Одним из его акционеров стало правительство Москвы, которому в настоящее время принадлежит контрольный пакет акций.

Конъюнктура рынка изменилась, нужны были грузовики грузоподъемностью не более трех тонн, рассчитанные на мелких предпринимателей и преимущественное использование в городах для доставки малых партий грузов, и большегрузные грузоподъемностью свыше 10 тонн.

В 1992 году был разработан новый 3-х тонный малотоннажный автомобиль полукапотной компоновки ЗИЛ-5301.

Имя «Бычок» этому автомобилю дал мэр г.Москвы Ю.М.Лужков.

В 1992 г. для участия в соревнованиях Кубка ФИА по шоссейно-кольцевым гонкам на грузовиках было изготовлено несколько седельных тягачей ЗИЛ-4421С (мощность до 900 л.с.) с импортными агрегатами.

30 декабря 1994 г. с конвейера в АСК сошел последний грузовик ЗИЛ-130 (ЗИЛ-431410) и тогда же началось мелкосерийное производство автомобилей семейства ЗИЛ-5301. Его шасси стало базой для цельнометаллического фургона и автобусов вместимостью 15+1, 21+1. На третьей Всероссийской выставке-конкурсе «Лучшие работы года – Дизайн-95», коллектив авторов: К.В.Потехин, В.Г.Мазепа, А.Н.Митрофанов, А.Н.Горчаков, Э.С.Дамьяно, В.И.Бобр и Э.И.Грицай за разработку малотоннажного грузовика удостоен Гран При в номинации «Промышленный дизайн».

Основой семейства в 1996 г. стала серийная сборка автомобилей ЗИЛ-5301. Он оснащен автомобильной модификацией тракторного 4-цилиндрового дизельного двигателя Д-245.12С (108,8 л.с.) и Д-245.9Е2(136 л.с.) Минского моторного завода. На автомобили устанавливается 5-ступенчатая синхронизированная коробка передач, гидроусилитель рулевого управления и 3-местная кабина с некоторыми изменениями кабина ЗИЛ-4331. "Бычок" оснащен гидроприводом сцепления и тормозов, гипоидной главной передачей, передними дисковыми тормозами, 16-дюймовыми колесами с бескамерными шинами, имеет малый радиус поворота (7 м) и небольшую погрузочную высоту. Основные модификации семейства малотоннажных автомобилей производятся с колесными базами 3650 и 4250 мм; с удлиненной кабиной, с двумя спальными местами; с семиместной двухрядной кабиной. На них предлагаются соответствующие бортовые варианты, несколько видов универсальных, изотермических и рефрижераторных фургонов-кузовов. На базе малотоннажных автомобилей создана большая гамма коммунальной, строительной и специальной техники.

Автомобили семейства ЗИЛ-5301, оказавшиеся проще и дешевле иностранных аналогов, вполне удовлетворяют потребности российских покупателей.

В 1999 г. было изготовлено 13745 "бычков", что составило 63,4% общего производства завода.

В 1996 г. был представлен магистральный седельный тягач ЗИЛ-6404 (6x4) с 410-сильным дизелем ЯМЗ-7511 и спальным отсеком, способный буксировать автопоезда полной массой до 40 т со скоростью 105 км/ч.

1998 году на производство был поставлен автомобиль ЗИЛ-432720 (4х4) с колесной базой 3340 мм. Шасси ЗИЛ-432722 предназначается для монтажа специализированных надстроек коммунально -дорожных служб.

Кардинальные реформы в России 90-х гг. существенно отразились на положении ЗИЛа. Первоначальная ставка на тесное сотрудничество в области тяжелых грузовиков и дизелей с фирмами "Кенворт" (Kenworth), "Катерпиллар" (Caterpillar), "Вольво" (Volvo) и "Рено" (Renault) особого успеха не принесла.

С 1999 г. в ыпускались новые 10-тонные грузовики ЗИЛ-6309 (6x4) и самосвал ЗИЛ-6409 с 195-сильным дизельным двигателем ЯМЗ-236А массой до 40 т со скоростью 105 км/ч.

К концу XX века АМО ЗИЛ выпускал автомобили более чем в 120 вариантах и предлагал их с кузовами и надстройками, которые выпускали 100 предприятий России и стран СНГ, а комплектующие для них изготовляли 800 заводов и мастерских. В 1998-2000 гг. ЗИЛ выпускал по 20-22 тыс. грузовиков - это в 10 раз меньше его потенциальных возможностей.

С момента начала своей деятельности на предприятии в период с 1924 по 2000 годы произведено: грузовых автомобилей 7 769 902 шт.; автобусов 38 988 шт; легковых автомобилей высшего класса 11 515 шт.

В 2000 году три полноприводных автомобиля ЗИЛ-433420 совершили уникальный автопробег по маршруту Москва-Якутск-Уэлен-Северная Америка-Западная Европа-Калининград-Москва. Первый этап кругосветной экспедиции длиной 13500 км был пройден за 62 дня и завершился в поселке Уэлен на берегу Берингова пролива (Чукотка). Всего экспедиция преодолела 45 000 км. Автопробег проводился клубом «Приключение» совместно с АМЛ ЗИЛ и правительством Москвы.

В декабре 2002 года произошла смена руководства АМО ЗИЛ. Был назначен новый генеральный директор Константин Викторович Лаптев, который до этого работал в команде "Руспромавто" на посту исполнительного директора ГАЗа. На завод была привлечена группа менеджеров, имеющих практический опыт работы в условиях антикризисного управления. Была разработана программа реструктуризации завода, направленная на работу с дочерними предприятиями по возвращению утерянных ранее активов АМО ЗИЛ, восстановление хозяйственно-производственных связей с сохранившими и возвращаемыми дочерними предприятиями, расширение гаммы выпускаемой продукции и услуг, освоение новых рынков сбыта.

Сегодня завод на базе шасси ЗИЛ совместно с другими заводами выпускает большую гамму специальной техники: коммунальную, дорожно- строительную, мусоровозы, вакуумные, илососные, каналопромывочные, аварийно-ремонтные машины, автоцистерны, автоподъемники.

В 2003 году освоено производство автомобилей ЗИЛ-433180 и ЗИЛ-432930 с дизельными двигателями с повышенными мощностными показателями Минского моторного завода Д-260.11Е2 (180 л.с.) и Д-245.9Е2 (136 л.с.), которые имеют сертификаты соответствия норм Евро-2.

В 2004 году произошла передача функций исполнительного единоличного органа предприятия управляющей компании (МАК). В связи с этим изменилась должность руководителя завода: К.В.Лаптев стал генеральным директором управляющей организации АМО ЗИЛ.

С 2004 года с конвейера стали сходить автомобили ЗИЛ-43272Т (4х4) с дизельным двигателем ММЗ Д-245.9Е2 Евро-2; ЗИЛ-4334В1 (6Х6) с дизельным двигателем ММЗ Д-245.30Е2.

С целью наращивания темпов роста продаж новой техники ЗИЛа на предприятии впервые среди отечественных производителей грузовой и спецтехники организована Акция, стартовавшая 15 марта 2004 года, предназначенная для владельцев отечественных грузовых автомобилей. Суть акции в том, что каждый желающий мог сдать свой подержанный грузовой отечественный автомобиль в зачет стоимости любой новой машины ЗИЛ при ее покупке. При этом старые машины принимались по цене выше рыночной.

В 2005 году Компания «Автофрамос» планирует разместить на АМО ЗИЛ заказ на производство 12 основных кузовных деталей для своего нового Renault Logan . Специалисты АМО ЗИЛ, задействованные в производстве новых деталей, пройдут дополнительную специальную подготовку на предприятиях Renault во Франции.