Jednocześnie z produkcją seryjnych BA-11 trwały prace nad ich zmodernizowanymi wersjami. W 1940 roku powstał BA-11D. Wykorzystywał on eksperymentalne podwozie ZiS-34D napędzane 6-cylindrowym silnikiem wysokoprężnym SiS-D-7 o mocy 96-98 KM przy 2200 obr./min. Wersja ta miała masę 8,65 t. Zastosowanie nowego silnika spowodowało zmniejszenie prędkości maksymalnej do 49 km/h, ale wzrosłą jednocześnie uzyskiwana prędkość średnia, oraz zasięg (do ok. 420 km). Testy BA-11D przeprowadzono na Kubince pomiędzy październikiem a grudniem 1940 roku. Wykazały one że skrzynia biegów ma charakterystyki nie pasujące do silnika, ale pozytywnie oceniono wzrost prędkości średniej, a nowy napęd uznano za stwarzający mniejsze zagrożenie pożarowe. Dalsze losy tej wersji nie są dokładnie znane. Część źródeł twierdzi że powstało sześć egzemplarzy seryjnych wykorzystywanych podczas obrony Leningradu, według innych powstał tylko prototyp. Równolegle do prac nad BA-11D powstawało podwozie ZiS-36 z napędzanymi wszystkimi osiami. Nie zostało ono jednak skompletowane przed czerwcem 1941 roku.