ГАЗ-АА комплектовались 4-ступенчатой механической коробкой передач с подключаемой задней скоростью, которая передавала вращение через закрытый карданный вал на задние колеса. В конструкции трансмиссии использовалось сухое однодисковое сцепление, довольно проблемное в трудных условиях эксплуатации.

Коробка передач была малонадежной и через некоторое время после начала эксплуатации изнашивался ее вторичный вал. Это приводило к трудностям включения передач и выбиванию четвертой, прямой, передачи. Поскольку именно она рекомендовалась для крейсерской езды, нормально перемещаться на “полуторке” становилось просто невозможно.

Тем не менее, водители быстро нашли этой проблеме решение, придумав так называемую “пятую передачу”. Водители делали недлинную деревянную палку с рогатиной на конце — рогатина упиралась в рычаг переключения передач, а конец палки — в переборку моторного отсека. Таким образом можно было ездить еще довольно долго, дожидаясь, пока на станцию технического обслуживания придут дефицитные запчасти.

Четырехскоростная коробка передач ГАЗ-АА оснащалась прямозубыми шестернями, чем отчасти и объяснялся довольно быстрый износ вторичного вала — конструкция коробки изначально рассчитывалась под использование на легковых автомобилях. Коробка передач не имела синхронизатора. Любопытно, что несмотря на имеющиеся недостатки коробка от “полуторки” позднее была взята за основу коробок для грузовиков КАЗ-51 и ГАЗ-63, а также внедорожников ГАЗ-61, ГАЗ-64 и ГАЗ-67.