Датой рождения автобусного производства можно считать 24 апреля 1952 года, когда Совет Министров СССР своим постановлением утвердил план реконструкции ЗАТИ на программу выпуска до 10 тыс. машин в год. 5 августа 1952 года первые пять автобусов ПАЗ-651 вышли из заводских ворот.

Главным конструктором ПАЗа назначили одного из создателей легендарной «Победы» М-20, лауреата Государственной премии (тогда она называлась Сталинской) Юрия Наумовича Сорочкина. Его творческий потенциал был реализован на ПАЗе в полной мере, на многие годы заложив серьезнейшую базу для развития. Смелые идеи, неожиданные решения, постоянное совершенствование процесса проектирования и создания новых моделей привлекали творчески активных людей. Уже через два года был создан опытный образец автобуса с металлическим каркасом кузова, в 1956 году  первая экспериментальная машина вагонной компоновки с несущим кузовом, прототип будущего ПАЗ-652 , который запустят на конвейер в 1958 году.

Параллельно с выпуском базовой машины завод разрабатывал и осваивал в производстве специализированные автомобили, максимально унифицированные с основной моделью. В 1963 году на конвейер поставили модернизированный автобус ПАЗ-652Б, а еще через пять лет, в 1968 году, впервые в мировой практике автомобилестроения, без остановки конвейера был совершен полный переход производства на новую машину ПАЗ-672. Выпускавшаяся в течение двадцати одного года, модель ПАЗ-672 завоевала огромную популярность среди водителей. На ее базе были созданы модификации полноприводного автобуса, автобусов в северном и тропическом вариантах, авторефрижератор, лаборатории на колесах и передвижные телевизионные станции.

К середине 60-х творческий размах конструкторов и дизайнеров ПАЗа достиг, пожалуй, своей наивысшей точки, воплотившись в автобусах ПАЗ-665T и ПАЗ-8,5 (более известный в широких кругах как ПАЗ-Турист-Люкс), с успехом проехавшим по дорогам Европы и завоевавшим награды на традиционных автобусных фестивалях в Ницце в 1967 и 1969 году.

В 70-е годы была предпринята попытка перейти на выпуск принципиально иной машины, с пневмоприводом тормозов, более надежными агрегатами ходовой части, в основном, на базе узлов ЗИЛа, но начавшаяся подготовка производства модели ПАЗ-3203 (продолжавшая конструктивные идеи ПАЗ-665) не встретила поддержки в министерстве автомобильной промышленности. В итоге новая базовая модель ПАЗ-3205 пришла на конвейер с большим запозданием - только в 1989 году. И снова пазовцы запустили машину в производство без остановки главного конвейера.

В процессе выпуска ПАЗ-3205 претерпел значительные конструктивные изменения, в первую очередь, по тормозной системе. С пневмогидравлической перешли на полностью пневматическую, появились антиблокировочная система, вспомогательная износоустойчивая система торможения, значительные изменения коснулись электросхемы автобуса, аварийной двери и т.д. На сегодняшний день в модельной линейке ПАЗа более трех десятков модификаций базовой модели ПАЗ-32053.