В середине 1980-х годов машина снова была подвергнута модернизации, на этот раз — более существенной и радикальной. Результатом этого стала модель ГАЗ-24-10, которую можно назвать третьим поколением, или третьей серией ГАЗ-24.

ГАЗ-24-10 выпускался до 1992 года, после чего был заменён в производственной программе на ГАЗ-31029.