При разработке двигателя использованы результаты научно-исследовательских и экспериментальных работ, проведенных в 1973- 79 гг. в НАМИ, ЦНИТА, ГПИ, ГАЗ, ЗМЗ на двигателях с впрыском для автомобилей ГАЗ-14 «Чайка» (V-8; 5.53 дм3), ГАЗ-24 «Волга» (Р-4; 2.45 дм3). Непосредственно для разрабатываемого двигателя в 1979 г. в НАМИ выполнена «Расчетно-экспериментальная работа по выбору параметров впускной системы двигателя 3M3-31011 с впрыском». Целью работы была оптимизация на стадии проектирования с помощью математического моделирования на ЭВМ конструктивной схемы, параметров газовоздушного тракта и газораспределения. Это дало возможность сокращения количества опытных вариантов.

Все испытания двигателей на ЗМЗ проводились со стендовой аппаратурой впрыска топлива АВТЭ-СТ, обеспечивающей регулирование подачи топлива в широких пределах для снятия необходимых регулировочных характеристик. Отработка законов управления впрыском топлива проводилась параллельно с доводкой двигателя в ЦНИТА на специально оборудованном стенде в автомобильной комплектации, а также в составе автомобиля ГАЗ-31011.

В 1983 - 1 квартале 1984 гг. разработана и выдана в экспериментальный цех техническая документация на двигатель ЗМЗ-506.10 с мероприятиями по повышению надежности. Разработан блок цилиндров, отливаемый в кокиль, с гильзами по типу ЗМЗ-4022.10, усилены коренные опоры.

В 1978 г. ЗМЗ продолжил начатые на ГАЗе работы по четырехцилиндровому двигателю ЗМЗ-4024.10. Было разработано и утверждено техническое задание, в соответствии с которым двигатель предназначался для автомобиля «Волга».