В 1934 году Ижорский завод выпустил на базе БАИ усовершенствованную модель бронеавтомобиля - БА-3, в том же году принят на вооружение и некоторое время выпускался серийно, всего было изготовлено 168 единиц.

Используемый для него корпус БАИ при этом подвергся незначительным изменениям: на 50 мм удлинили корму, в моторном отделении появились окна для выхода воздуха, была укорочена подножка, о на задних крыльях предусмотрены крепления для вездеходных гусеничных цепей, Крепление корпуса на шасси автомобиля «Форд-Тимкен» осуществлялось с помощью 10 кронштейнов, которые через резиновые прокладки фиксировались болтами к лонжеронам шасси.



Для повышения боевой мощи установлена башня от танка Т-26 серии 1933 года со штатным вооружением, с уменьшенной толщиной брони - до 8 мм (по альбому «Бронемашины» НИБТ Полигон ГБТУ КА 1944 года) Согласно же «Временному краткому описанию бронеавтомобиля БА-3», составленному тем же полигоном в октябре 1934 года, толщина брони башни равнялась 9 мм, со штатной спаренной установкой вооружения 45 мм пушкой 20К образца 1932 г (боекомплект – 60 артиллерийских выстрелов) и пулеметом ДТ. Боекомплект размещался в основном в башне, а часть — в корпусе бронеавтомобиля В нише башни располагались два сотовых стеллажа на 40 снарядов, вдоль бортовых стенок башни имелись гнезда на 12 снарядов (по 6 на сторону) и вдоль стенок бронекорпуса в боевом отделении было еще 8 гнезд (по 4 на сторону). В четырех стеллажах в башне и корпусе размещались 53 магазина для пулеметов ДТ. 45-мм танковая пушка 20К образца 1932 года с высокой начальной скоростью снаряда позволяла вести успешную борьбу почти с любыми бронированными объектами. Совершенная система наведения обеспечивала достаточно высокую точность стрельбы. С пушкой спарен пулемет ДТ, второй пулемет установлен в шаровой опоре в лобовом листе корпуса.



Для увеличения проходимости на задние скаты БА-3 надевались вездеходные гусеницы, известные под иностранным названием «Оверолл». Каждая гусеница массой 71 кг состояла из 25 звеньев (плиц) размерами 80x35 мм. Длина гусеницы составляла 4500 мм. ширина — 60 мм. шаг —180 мм. Надевание гусениц экипажем бронеавтомобиля занимало всего 10 —15 минут.



В июне 1934 года бронеавтомобиль БА-3 с корпусом из неброневой стали проходил испытания на полигоне в подмосковной Кубинке В ходе испытании 5.82-тонная машина развила по асфальтированному шоссе скорость 70 км/ч., по сухой же проселочной дороге максимальная скорость не превышала 35 км/ч. Двигатель при этом сильно перегревался, поэтому было рекомендовано улучшить систему охлаждения. Требовала усиления и передняя подвеска. В остальном серьезных недостатков замечено не было, требовалось внести лишь ряд мелких изменении в компоновку внутренних агрегатов Как отметила в заключении комиссия, «бронеавтомобиль показал хорошие качества, необходимые для боевой машины, и вполне пригоден для оснащения РККА».


Производство БА-3 было налажено на Ижорском заводе и на Выксинском  заводе дробильно-размолочного оборудования, которые в 1934 — 1935 годах изготовили 168 бронемашин этого типа.

Бронеавтомобили БА-3 поступали на вооружение разведывательных подразделений танковых, кавалерийских и стрелковых соединений РККА. Они принимали участие почти во всех военных конфликтах тех лет, в которых принимала участие советская техника, в частности, в испанской гражданской войне, в боях с японскими войсками у озера Хасан и у реки Халхин-Гол, в советско-финской (Зимней) войне и польском освободительном походе, и даже в ВОВ — на 14 апреля 1945 года 97-я рота охраны штаба 19-й армии всё ещё использовала три БА-3М и три БА-10. После войны все устаревшие бронеавтомобили были утилизированы.