В связи с началом массового жилищного строительства на городских окраинах туда в середине - конце 1950-х гг. стали прокладываться новые троллейбусные маршруты. В 1953 г. троллейбусы пошли до Серебряного Бора; в 1954 г. - было восстановлено движение до больницы МПС и в Измайлово, а также построены новые линии по 2-й Брестской улице, до Песчаной площади и на территории ВСХВ; в 1955 г. - до Кашенкина Луга, до рыбокомбината на Варшавском шоссе, по ул. Электрозаводской; в 1956 г. - на Бутырский Хутор, по Волхонке, в Тестовский поселок, по Фрунзенской набережной до нового Большого стадиона в Лужниках, от Красных ворот до Авиамоторной; в 1957 г. - по улицам Разина и Б. Ордынке, до МГУ, по Остаповскому шоссе (Волгоградскому проспекту) до АЗЛК, по Дубровке до автозавода; в 1958 г. - от Марьиной Рощи до ВДНХ, в поселок Текстильщики, по Краснопролетарской и Селезневке, до гостиниц ВДНХ; в 1959 г. - по Ленинскому проспекту на Юго-Запад, в Новогиреево, по 4-й Кабельной; в 1960 г. - по Мосфильмовской и через Ваганьковский путепровод. К концу 1960 г. протяженность сети линий достигла 540 км., работали 36 маршрутов.

Для обслуживания новых линий в 1955-57 гг. Щепетильниковское, а в 1958-62 гг. Артамоновское трамвайные депо были переоборудованы в троллейбусные парки №№ 4 и 5. В связи с возобновлением летом 1954 г. деятельности Всесоюзной сельскохозяйственной и промышленной выставки (ВСХВ) для обслуживания экскурсантов решили проложить по ее территории кольцевую троллейбусную линию длиной 9,5 км, что и сделали весной этого года. Завод им. Урицкого изготовил для этой линии 20 особых машин МТБ-82Д, которые украсили небольшими серебряными снопами. Движение троллейбусов по маршруту "В" (выставочный) открылось 1 августа 1954 г. В 1955 г. для этой линии на СВАРЗе изготовили новые троллейбусы ТБЭС (троллейбус экскурсионный), которые имели широкие окна и прозрачную крышу из оргстекла. Их выкрасили в зеленый цвет. Эта линия работала только в летний сезон: в будние дни курсировали 8, а в выходные - 12 машин в час. Линия действовала до 1970 г., когда после экспериментов с внедрением переменного тока с напряжением 1000 В линию пришлось демонтировать.

В 1958 г. СВАРЗ стал выпускать модернизированную модель этого троллейбуса МТБЭС для городских магистралей: в 1958г. - 26 шт., в 1959г. - 43, в 1960-64 гг. - 435 шт. (всего 524 шт. с учетом первых опытных экземпляров). Эти троллейбусы-"стекляшки" ходили по улицам Москвы вплоть до 1975 г. (больше всего их было в 6-м парке, откуда они и ушли в последнюю очередь). В 1960 г. проводились испытания 4 троллейбусных поездов из ведущей машины МТБ-82Д и прицепа, сделанного из кузовов списанных автобусов ЗИС-155. Все прицепы, однако, были списаны уже в 1961 г.

В 1957-58 гг. 3иУ поставил в столицу 8 экспериментальных машин ТБУ-1 (троллейбус завода им. Урицкого, первая серия). Обкатка первой такой машины началась еще в июле 1955 г. во втором парке. Из-за ряда конструктивных недостатков эти машины были списаны в 1962 г. На их основе этот завод выпустил в 1959 г. первые образцы нового троллейбуса ЗиУ-5, который затем в течение почти 20 лет являлся основной моделью московского троллейбуса. Первая такая машина поступила во второй парк в феврале 1959 г. В 1960 г. их прибыло 31, в 1961 г. - 27, в 1962 г. - 50, в 1963 г. - 109.

Весной 1959 г. СВАРЗ изготовил первый сочлененный троллейбус длиной 17,6 м., вместимостью 160 человек. Эта машина модели ТС-1 вышла на ул. Горького 25 апреля 1959 г. В 1960 г. завод изготовил 10 таких машин, а всего в 1959-63 гг. - 45. Они курсировали по наиболее загруженным маршрутам первого парка. В 1964-68 гг. СВАРЗ изготовил 90 сочлененных троллейбусов ТС-2. Они курсировали на линиях, обслуживавших Юго-Западный жилой район и ул. Горького. Последние машины типа ТС были сняты с пассажирской работы в 1975 г.

На 1 января 1964 г. в Москве было 1811 троллейбусов, в т.ч. 242 МТБ-10, 122 МТБ-82М, 343 МТБ-82Д, 460 МТБ-82Д с завода им. Урицкого, 215 ЗиУ-5, 384 МТБЭС, 45 ТС-1. Для новых машин в 1962 г. был открыт 6-й (в Заморинском переулке), а в 1964 г. - 7-й троллейбусный парк (Нагатинский). Последний парк строился для грузовых троллейбусов, но стал эксплуатировать также и пассажирские. В третьем парке, который с 1961 г. был объединен с нововыстроенным 8-м автобусным парком в Филевский автобусно-троллейбусный парк, в 1960 г. была организована грузовая колонна. Грузовые троллейбусы с 1956 г. по 1959 г. выпускал завод им. Урицкого, в 1961-70 гг. - СВАРЗ (модели ТБУ-2 и ТБУ-3), в 1971-1990 гг.- Киевский завод электротранспорта им. Дзержинского. В 1962 г. 25 грузовых троллейбусов перевезли 78,5 тыс. т. грузов, в 1966 г. 272 машины - 878 тыс. т., в 1971 г. 423 троллейбуса - 1445 тыс. т., в 1979 г. 151 троллейбус - 496 тыс. т., в 1995 г. - 48 троллейбусов - 59 тыс. т., в 1996 г. 34 грузовых троллейбуса перевезли 28 тыс. т. грузов.

Пиком развития троллейбусного хозяйства стали 1960-е гг. С 1960 г. по 1972 г. сеть линий увеличилась с 540 до 884 км. Общая длина троллейбусной сети к 1960 г. достигла 1253 км и уже с 1961 г. являлась самой протяженной в мире. Троллейбусы стали курсировать в 1961 г. по Люсиновской ул., проспекту Вернадского, ул. М. Ульяновой; в 1962 г. - через новый Автозаводский мост, до стадиона "Локомотив", по Верхне-Радищевской ул.; в 1963 г. - до пл. Курчатова, до Карамышевской набережной; с введением одностороннего движения в центре была изменена схема маршрутов, и замкнулась кольцевая линия по Садовым между Таганкой и Курским вокзалом; в 1964 г. - по Новому Арбату, в Раменки, по Севастопольскому проспекту, внутри Измайлова; в 1965 г. - по Воронцовской улице и внутри Люблина, по ул. Таманской в Серебряном Бору, в Перово; в 1966 г. - по Нахимовскому проспекту, по Дмитровскому шоссе до Бескудникова, от Шелепихи до Филевского парка, по 9-й Парковой; в 1967 г. - в Коптево, по ул. Народного Ополчения, Беломорской, до Люблинского комбината; в 1968 г. - до Карачаровского перезда, по Москворецкой и Кремлевской набережным, по Н. Башиловке; в 1969 г. - по линии Кузьминки - Люблино, по ул. 26 Бакинских комиссаров до метро "Юго~Западная"; в 1970 г. - по Перовской улице, проспекту Вернадского, ул. Академика Королева.

В 1970 г. МТРЗ изготовил один пробный поезд из двух троллейбусов МТБ-82Д, однако он в Москве не прижился (хотя в Киеве их ходило несколько десятков). В июле 1970 г. по 24-му маршруту стали испытываться первые пробные образцы троллейбуса ЗиУ-9, который во второй половине 1970-х и в 1980-х гг. был основной моделью московского троллейбуса. В 1972 г. с завода поступила первая серийная партия этих машин модели ЗиУ-9Б (21 шт.), и затем они стали постепенно вытеснять старые модели. В 1968 г. с московских улиц исчезли последние троллейбусы МТБ-10 и МТБ-82М; в 1971 г. были списаны последние машины МТБ-82Д, произведенные Тушинским заводом; в 1975 г. - МТБ-82Д завода им. Урицкого. В начале 1975 г. на инвентаре числилось 2217 троллейбусов, в т.ч. 75 МТБЭС, 15 МТБ-82Д завода им. Урицкого, 1663 ЗиУ-5, 377 ЗиУ-9, 5 ТС-1 и 82 ТС-2.