Общий вид танка Т-54 (четвертый опытный образец). Внизу: установка вооружения и расположение рабочих мест экипажа в танке Т-54 (четвертый опытный образец).

В башне танка монтировалась 100-мм пушка Д-10Т со спаренным 7,62-мм пулеметом СГ-43. Высота линии огня составляла 1790 мм. На пушке Д-10Т был установлен опытный подъемный механизм, введен механизм сбрасывания лапок экстрактора, указатель отката отнесен назад — в наиболее удобное для наблюдения место, а выдвижное ограждение пушки заменено откидным. Кроме того, был изготовлен специальный лентоулавливатель для сбора отработанных патронных лент и увеличена емкость мешка гильзоулавливателя спаренного пулемета СГ-43.

При стрельбе из пушки и спаренного пулемета использовался телескопический прицел ТШ-20 с четырехкратным увеличением и полем зрения 15°. Углы наводки спаренной установки по вертикали находились в пределах от -5°30' до +18°¹¹⁰.

Для 12,7-мм зенитного пулемета ДШК ввели новую конструкцию турели (по типу турели, применявшейся на тяжелом танке ИС-3). Углы наводки зенитного пулемета по вертикали составляли от -5 до +85°, по горизонтали — 360° без поворота башни. При стрельбе из пулемета, как и ранее, использовался коллиматорный прицел К8-Т. Стрельбу из пулемета мог вести только заряжающий, стоя на своем сиденье. В связи с этим конструкция сиденья заряжающего была изменена: в рабочем положении (при стрельбе из пулемета) оно жестко фиксировалось на кронштейне, крепившемся к верхнему погону опоры башни; при стрельбе из пушки сиденье снималось со стопора и опускалось вниз (располагалось вдоль ограждения пушки).

Для поворота башни служили электропривод ЭПБ-1, выполненный по схеме Леонарда, с командирским следящим целеуказанием и ручной механический привод. Минимальная скорость поворота башни составляла 0,13 град./с¹¹¹, максимальная от контроллера наводчика — 13,7  град./с, при целеуказании от командира (перебросочная) — 13,8 град./с. При крене танка 15° максимальная скорость поворота башни как от контроллера наводчика, так и при целеуказании от командира уменьшалась до 6,5 град./с.

Короба для установки курсовых пулеметов, имевшие неполное бронирование, были выполнены съемными. Высота линии огня курсовых пулеметов осталась без изменений. В конструкцию магазин-коробок для курсовых пулеметов ввели вращающиеся ролики под ленты с патронами.

В боекомплект танка входили 34 выстрела к пушке, 2500 патронов к спаренному пулемету, 1000 патронов к курсовым пулеметам и 150 патронов к зенитному пулемету. Кроме того, в боевом отделении укладывались 12 ручных гранат и сигнальный пистолет с шестью сигнальными патронами.

Броневая защита — противоснарядная. Конструкция корпуса машины и сварных соединений его броневых листов осталась практически без изменений. Для снижения массы танка уменьшили высоту вертикальных бортовых листов, а редан днища (толщиной 20 мм) увеличили до 220 мм. В связи с этим изменился угол наклона нижнего кормового листа с 81 до 70° от вертикали.

Установка вооружения в танке Т-54 (четвертый опытный образец).

¹¹⁰ За счет изменения конструкции корпуса и башни угол снижения пушки, равный 5°30', обеспечивался вкруговую.

¹¹¹ По результатам испытаний двух  образцов танкаТ-54 (№З и №4) в 1946 г. минимальная скорость поворота башни, равная 0,67 град./с, для плавной наводки пушки по горизонтали была признана достаточно высокой, поэтому ее уменьшили до данной величины. Максимальная скорость плавной наводки достигала 10,8 град./с.