В конце 1958 года автомобиль был модернизирован, преимущественно внешне. Пятиконечная звезда на облицовке радиатора автомобиля как символ Советского государства вызывала в Европе неоднозначную реакцию и не слишком способствовала росту его экспортных продаж. Вторая серия получила агрессивный дизайн передка – 16 прорезей решетки радиатора напоминали открытую пасть акулы. Изменилась форма передних крыльев в пользу увеличения колесных арок. Так же были изменены передние указатели поворотов, задние фонари и бамперы.
Постепенная модернизация не прекращалась. Наиболее существенная модернизация узлов и агрегатов «Волги» произошла в 1960 году. Кузов был усилен за счет установки специальных усилителей. Машина получила современную проводку с «минусом» на массе (до этого на массе был «плюс»), убрали централизованную смазку узлов шасси, внесли и некоторые иные изменения и улучшения. Часть автомобилей второго выпуска, как и первого, имела с завода двухцветную окраску.
Версия «Волги» второй серии получила Гран-при на Всемирной выставке «Экспо'58» в Брюсселе. Всего было выпущено чуть более 140 тысяч автомобилей этой серии. Дизайнер – Лев Еремеев.
Производитель: ЗМЗ, Марка ЗМЗ-21 / 21А Годы производства: 1956–1970 гг. Тип: бензиновый, карбюраторный Объём: 2445 см3 Максимальная мощность: 70–75 л.с., при 4000 об/мин Конфигурация: рядный, 4-цилиндр. Максимальная скорость: 130 км/ч Расход топлива: при смешанном цикле 13,0 л / при городском цикле 15,0 л / на трассе 11,0 л Система питания: карбюраторы К-22И, К-105 или К-124 (однокамерные) Ресурс до капремонта: 250 тыс. км. Тактность (число тактов): четырёхтактный Порядок работы цилиндров: 1-2-4-3 Рекомендованное топливо: А-72, А-76
Массово-габаритные характеристики: Длина: 4770 мм Ширина: 1800 мм Высота: 1620 мм Колёсная база: 2700 мм Масса: 1460 кг (снаряжённая)