W połowie lat 60. w ZSRR zmieniła się moda we wzornictwie przemysłowym. Symbolem nowoczesności stały się karoserie kanciaste, które zastąpiły dotychczas stosowane zaokrąglone, obłe. Zaricki, Bierlugin i Sieliwanow z Instytutu Technicznego w Swierdłowsku opracowali nową, kanciastą bryłę nadwozia. Przy okazji zmian poprawiono instalację elektryczną oraz zmniejszono masę pojazdu przez zastosowanie tworzyw sztucznych. Prototyp miał pudło w całości metalowe. Zrezygnowano też ze stosowanej wcześniej wentylacji, wstawiając wentylację wymuszoną. Kolejną nowością były siedzenia zwane anatomicznymi, które zastąpiły wcześniej stosowane ławki. Pierwszy model KTM-5M był gotowy w 1966 i był testowany w Moskwie. Prototyp ten został pokazany w 1969 na wystawie Interbytmasz-69 (Интербытмаш-69). W wyniku testów wycofano się z pomysłu wentylacji wymuszonej, wstawiając ponownie otwierane okna. W 1969 rozpoczęto produkcję seryjną tramwaju KTM-5M. Pierwszymi miastami, do których skierowano nowe tramwaje, były Omsk i Tomsk.
Już w 1970 próbowano wprowadzić modyfikacje w projekcie. Moskiewski Instytut Energetyki opracował system sterowania tyrystorowego dla taboru tramwajowego. Stworzono wówczas prototyp KTM-5MT, jednakże nowe rozwiązanie nie sprawdziło się w praktyce.