Вплоть до 1961 года, когда из Павлово в Курган окончательно передали выпуск капотной модели 651, выпуск новинки был скромным.
Притом уже в 1960 году в Павлово начали разработку серьёзно модернизированной версии ПАЗ-652Б, так как опыт реальной эксплуатации новинки показал низкий запас прочности кузова — сваренное из тонкого металла основание покрывалось трещинами и практически не поддавалось ремонту: почти ещё новый автобус приходил в негодность всего за несколько лет.
Для ПАЗ-652Б спроектировали совершенно иную несущую раму, сваренную из швеллерных лонжеронов с поперечинами, что позволило решить проблему прочности. Освоение модернизированной модели состоялось в 1963 году, а до этого времени продолжался выпуск обычного 652.
Но модернизация не изжила другие проблемы: слабосильный шестицилиндровый мотор, рулевое управление без усилителя, не слишком надёжные тормоза. Поэтому параллельно с модернизацией «652-го» разрабатывалась внешне похожая модель, оснащенная при этом перспективным мотором V8 от грузовика ГАЗ-53. Эта машина под обозначением ПАЗ-672 пойдет в производство в 1967 году.
ПАЗ-652Б тем временем продолжал модернизироваться вплоть до ухода с конвейера в 1968 году. Так, практически под занавес, в 1967 году, он лишился характерных гофрированных боковин (хотя в экспортных версиях гладкие борта появились ещё раньше).
Всего произвели более 62 000 автобусов этой модели всех модификаций.