В 1968 г. на заводе была выпущена установочная партия ГАЗ 24 Волга (кстати первые экземпляры обозначали М24), в 1970 г. началось крупномасштабное производство. В отличие от предшествующей модели , у автомобиля уменьшилась длина и высота кузова, но увеличилась колесная база, а ширина осталась прежней. Все это привело к увеличению вместительности и улучшению комфортабельности Волги. Модель оснащалась двигателем ЗМЗ 24Д (2,4 л. 98 л. с.) и выпускалась в виде седана и универсала. Автомобиль имел 4-х ст. кпп с синхронизаторами на всех передач и напольным рычагом переключения, колеса R14 и целый ряд других новшеств, которые позволили заметно приблизить "Волгу" к зарубежным аналогам.

Производилось несколько модификаций ГАЗ 24 Волга, в т.ч. такси, они оборудовались таксометром, отличительными фонарями на крыше и позади ветрового стекла, задним сиденьем без откидного подлокотника и салоном из кожзаменителя. На такси устанавливали дефорсированный двигатель ЗМЗ 2401 (85 л. с.), работающий на 76-м бензине. Медицинский универсал 24-03 был оснащен специальным оборудованием, носилками, сигнальным фонарем на крыше и фарой-искателем. Салон такого универсала отделялся перегородкой с раздвижным окном, а задняя левая дверь блокировалась. Существовали экспортные модификации с дизельным двигателем Indenor (2,1 л. 62 л.с.). Наиболее редкой и интересной модификацией является 24-56, которая отличалась правым рулем. Она была выпущена небольшой партией (меньше 1 000 шт.) в 1978 г. и предназначалась для экспорта в Сингапур, Индию и Пакистан. В количестве 5-и экземпляров был выпущен экспериментальный полноприводной седан 24-95. Кроме этого иногда встречаются кабриолеты и пикапы на базе 24-й, завод такие модификации не выпускал. Пикапы делали на авторемонтных предприятиях, а кабриолеты возможно производились силами военных, т.к. для них и предназначались. Впрочем существует вероятность того, что кабриолеты делали по заказу на заводе, но это маловероятно.

Автомобиль ГАЗ 24 Волга был удостоен международных наград: золотые медали на Международных выставках в Пловдиве (1969 г.) и Лейпциге (1970 г.).