Расположение бронировок прицелов Т2С и ТПН-1 на башне танка «Объект 139».
В башне танка устанавливалась 100-мм нарезная танковая пушка Д-54ТС, оснащенная щелевым дульным тормозом, эжекционным устройством для удаления пороховых газов из канала ствола после выстрела и двухплоскостным стабилизатором «Молния». С пушкой был спарен 7,62-мм пулемет СГМТ. При стрельбе днем из спаренной установки оружия использовался перископический прицел Т2С «Удар».
Второй пулемет СГМТ — курсовой, размещался в отделении управления справа от механика-водителя. На турели поворотного основания люка заряжающего на крыше башни монтировался зенитный 12,7-мм пулемет ДШК. При стрельбе из пулемета применялся коллиматорный прицел К10-Т.
В боекомплект танка входили 34 унитарных выстрела к пушке, 3500 патронов к пулеметам СГ-43, 200 патронов к пулемету ДШК и 12 ручных гранат Ф-1.
Броневая защита лобовых проекций корпуса и башни имела такой же уровень снарядостойкости, как и соответствующие проекции броневой защиты танка Т-54А. Для сохранения боевой массы танка в связи с установкой более тяжелой пушки (масса качающейся части пушки Д-54ТС превышала аналогичную массу пушки Д-10ТГ более чем на 500 кг) и перископического прицела толщина броневых листов бортов корпуса была уменьшена с 80 до 70 мм. Кроме того, претерпела изменения конструкция башни в части конфигурации ее лобовой проекции в зоне амбразуры и отливки броневой защиты головки перископического прицела за одно целое с ее корпусом.
Силовая установка, трансмиссия, ходовая часть, электрооборудование и средства связи остались такими же, как на базовой машине, за исключением увеличения емкости внутренних топливных баков с 532 до 560 л.
При доработке двух образцов танков в 1957 г. завод №183 установил на них модернизированные стабилизаторы «Молния», новые средства связи (радиостанция Р-113 и ТПУ Р-120), гирополукомпас ГПК-48, а также ночные приборы наблюдения командира ТКН-1, механика-водителя ТВН-2 (вместо ТВН-1) и ночной прицел ТПН-1.
В ноябре-декабре 1958 г. на одном из танков «Объект 139», находившемся в это время на НИИБТ полигоне, были проведены экспериментальные работы по установке дополнительных емкостей для топлива. Для проверки предложений по увеличению запаса хода танка Т-54 по топливу, поступивших в ГБТУ из Белорусского военного округа, на машине установили дополнительные емкости для топлива на 410 л (из них основными являлись два цилиндрических бака емкостью 170 л каждый, монтировавшиеся на корме корпуса машины) и 35 л масла без изменения укладки ЗИП. Для крепления баков служили четыре стандартных кронштейна, предназначавшихся для монтажа дымовых шашек БДШ-5, и один дополнительный, установленный по продольной оси танка между штатными кронштейнами. Через трубопроводы баки соединялись с топливной системой двигателя. Несмотря на то, что дополнительные баки не ограничивали круговое вращение башни при максимальном угле склонения пушки, ходовые испытания танка с их установкой не проводились, а от их использования отказались. Это было связано с тем, что при изготовлении нестандартных дополнительных емкостей в войсках могла быть не соблюдена технология их производства (бакелитирование), что, в свою очередь, могло отразиться на работе топливной системы после длительного хранения танков. Кроме того, требовался перенос задних габаритных фонарей машины, поскольку они перекрывались при установке дополнительных топливных бочек.
В ходе проведения полигонно-войсковых испытаний двух танков «Объект 139» на ГНИАП ГАУ в 1959 г. впервые за весь период испытаний пушки Д-54ТС с 1954 г. выявился такой дефект, как раздутие ствола, причем баллистика пушки не ухудшилась, а прочность трубы сомнений не вызывала. В качестве меры для устранения этого явления УЗТМ (завод-изготовитель) принял решение об изготовлении утолщенной трубы ствола, что вело к увеличению массы пушки на 100 кг и сопротивления откату на 32%. По оценкам специалистов завода №183, установка пушки Д-54ТС с утолщенной трубой ствола, помимо увеличения боевой массы танка, влекла за собой перенос цапф люльки и, соответственно, переделку башни.
Дальнейшие работы по машине прекратили из-за признания базы танка Т-54 устаревшей. Результаты, полученные в период проведения ОКР по танку «Объект 139», впоследствии использовали при создании новых средних танков.
Установка дополнительных топливных бочек на танке «Объект 139».
Общий вид танка «Объект 139»