Производство БА-64 было развёрнуто на ГАЗе в апреле 1942 года, первые серийные бронеавтомобили были собраны уже в том же месяце, однако в тот период они не были приняты военной приёмкой из-за отсутствия пулестойких шин типа «ГК». Тем не менее, первые 35 БА-64 были приняты военными уже в начале мая[11]. Броневые корпуса для машин опытной партии и нулевой серии изготавливались на заводе № 177 в Выксе, но в дальнейшем был организован их выпуск на кузовном корпусе ГАЗа[10]. Первое время производство БА-64 тормозилось задержками с поставкой комплектующих, прежде всего двигателей, мостов и шин, но с июля 1942 года заводу удалось добиться выполнения плана[11]. По мере накопления опыта эксплуатации и боевого применения бронеавтомобиля в его конструкцию начали вноситься изменения. Уже в июне были ликвидированы откидные противогранатные сетки над башней, как не оправдывающие себя. В июле было введено вентиляционное отверстие в крыше отделения управления, так как летняя эксплуатация БА-64 показала, что температура в обитаемых отделениях бронеавтомобиля могла доходить до 55—60 °C, а в сентябре — регулируемый вентиляционный люк в крыше моторного отделения, так как его вентиляция тоже оказалась недостаточной[12].
Эксплуатация выявила также и недостаточную надёжность БА-64: при гарантированном пробеге в 10 000 км, по сообщениям из войск, многие бронеавтомобили выходили из строя уже при 1000—4000 км пробега[12]. Основной причиной выхода бронеавтомобилей из строя являлась поломка перегруженного заднего моста, происходившая в большинстве случаев в результате неправильной эксплуатации, когда движение на низких передачах производилось без включения переднего моста и повышенный крутящий момент полностью передавался на задний мост. Для устранения этого, с 3 ноября 1942 года в качестве временной меры был введён неотключаемый передний мост; на уже выпущенных бронеавтомобилях переделка осуществлялась силами войсковых мастерских[13]. В дальнейшем для решения этой проблемы в ноябре 1942 — феврале 1943 года в конструкцию БА-64 был внесён ряд изменений, направленных на усиление полуосей и мостов. Перегруженной оказалась также подвеска передних колёс, для устранения пробоев которой в феврале 1943 года была введена дополнительная пара гидравлических амортизаторов и усилены рессоры. Также для лучшего обзора местности водителем с марта 1943 года были введены смотровые лючки, закрывавшиеся броневыми заслонками[14][15].
5—14 июня ГАЗ подвергся ряду массированных налётов германской авиации, в результате чего был полностью разрушен или серьёзно повреждён ряд цехов, в том числе изготавливавший броневые корпуса ново-кузовной комплекс и поставлявший двигатели ГАЗ-ММ моторный корпус № 1. Кроме того, было полностью выведено из строя снабжение производства сжатым воздухом и частично — электроэнергией, что временно парализовало работу завода[16][17]. Сгорел и механосборочный цех МСЦ-5, осуществлявший сборку БА-64, в результате чего выпуск бронеавтомобилей с 7 июня был прекращён полностью и до перехода на модификацию БА-64Б возобновлён уже не был[17]. Всего с апреля 1942 по июнь 1943 года был выпущен 3901 бронеавтомобиль БА-64, в том числе 1352 в ради йном варианте