В ходе боевых действий стало ясно, что пулеметного вооружения на бронеавтомобиле АВ 40 недостаточно, поэтому было принято решение модернизировать машину, сделав упор на усиление ее огневой мощи.

Новая модель бронеавтомобиля отличалась от базовой АВ 40 прежде всего наличием пушечного вооружения, если на прототипах и машинах раннего выпуска фары располагались на крыльях, то в новой модели их перенесли под защиту лобового бронелиста, разместив в круглых гнездах по обе стороны от окна водителя. Фары были прикрыты овальными бронекрышками которые открывались с места водителя с помощью специальных рычагов. В остальном, если не принимать во внимание переустройство стеллажей боеукладки, обе модели мало чем отличались одна от другой. Пушечная модификация получила обозначение АВ 41 и стала самой распространенной в итальянской армии. Всего было построено около 508 бронеавтомобилей АВ 41.

Бронеавтомобиль АВ 41 был построен по компоновочной схеме с задним расположением двигателя, двумя постами управления и полноприводной (4x4) ходовой частью.

Корпус бронеавтомобиля изготавливался из листов катаной гомогенной стали толщиной 8,5 мм. Башня бронировалась 10-мм листами катаной стали, а ее лобовой лист имел толщину 18 мм. Броневые листы соединялись с каркасом из стального уголкового профиля при помощи болтов и заклепок, при этом в корпусе (например на стыках лобовых и бортовых броневых листов) оставалось много щелей, через которые внутрь машины могли попадать свинцовые брызги от пуль. В целом бронирование было откровенно слабым и не могло надежно защитить экипаж машины при обстреле с близкой дистанции.

Для входа и выхода из машины имелись бортовые двери находившиеся между нишами запасных и задних колес. Проникнуть в бронемашину можно было также через пятиугольный люк неправильной формы в крыше башни. Двери состояли из двух частей, которые открывались и закрывались независимо друг от друга. В верхних панелях дверей были предусмотрены закрывавшиеся изнутри щелеобразные стрелковые амбразуры.

Среднюю часть корпуса занимало боевое отделение с башенной корзиной и сиденьем командира машины, прикрепленным к внутренней кромке погона башни. Спусковые педали для стрельбы из пушки и спаренного с ней пулемета располагались под сиденьем командира на специальном кронштейне, оборудованном подставкой для ног. Спереди и справа от сиденья командира на передней кромке погона башни был смонтирован механический привод вращения башни.

В восьмигранной башне кругового вращения было смонтировано основное вооружение бронемашины — 20-мм автоматическая пушка «Бреда», известная в итальянской армии как «Canone da 20 mm Controaereo, Mod 1935» (зенитная 20-мм пушка образца 1935 года). Автоматика пушки работала от энергии пороховых газов, а регулятор можно было выставлять в десять положений. Подача боеприпасов, снаряженных в обоймы осуществлялась слева, пустые обоймы возвращались на подающую панель и сбрасывались вправо. Особенность пушек «Бреда» состояла в том, что при стрельбе специальный механизм извлекал патроны из обоймы, а затем вставлял стреляные гильзы на место, после чего пустая обойма удалялась из казенной части пушки. Позади казенника имелась ручка со спусковой кнопкой.

Слева от пушки был установлен специально приспособленный для использования в бронеавтомобилях 8-мм пулемет «Бреда», автоматика которого также работала от энергии пороховых газов. Его боепитание обеспечивалось с помощью вставлявшегося сверху пружинного магазина на 24 патрона, как у английского пулемета «Брен». Угол максимального возвышения башенного вооружения на бронемашине АВ 41 составлял +18°, угол снижения — 9°. Для перевода вооружения из крайнего нижнего положения в крайнее верхнее достаточно было четырнадцати оборотов маховика ручного привода механизма вертикальной наводки.

С правой стороны к пушке крепился телескопический прицел «Cannocchiale Di Puntamento» с углом зрения 30° и 1-кратным увеличением. Окуляр прицела с мягким налобником сверху был смещен вправо за счет коленчатого соединения с его корпусом, и, как следствие, лицо наводчика находилось на безопасном удалении от орудия и рукоятки затвора. Помимо телескопического прицела в распоряжении командира-наводчика имелся 1-кратный перископический прибор наблюдения с фиксированным окуляром, смонтированный на крыше башни (сзади слева) и обеспечивавший круговой обзор. В обеих сторон башни были предусмотрены стрелковые амбразуры такой же конструкции, что и в верхних панелях бортовых дверей.

Кормовой 8-мм пулемет наводился в горизонтальной плоскости в секторе ±14° относительно продольной оси машины, при максимальном угле возвышения +14° и максимальном угле склонения -7°. Пулемет фиксировался в шаровой установке при помощи барашковой гайки. Когда он не использовался, его поддерживал свисавший с крыши кожаный ремень.

Поскольку боепитание пулемета «Бреда» образца 1938 года, использовавшегося в бронеавтомобилях, осуществлялось сверху (в оригинальный пулемет образца 1937 года, состоявший на вооружении итальянской пехоты, магазин вставлялся справа или слева), часть крыши над пулеметом пришлось вырезать, чтобы поместился магазин, а получившееся отверстие закрыли куполообразной крышкой крепившейся по месту болтами. Точно так же был установлен пулемет в башне. Для ведения прицельной стрельбы кормовой стрелок имел в своем распоряжении телескопический прицел с полем зрения 20° и 1-кратным увеличением. Если окно водителя кормового поста управления было закрыто, то наблюдать за полем боя он мог только через окуляр прицела.

Вдоль бортов боевого отделения располагались деревянные стеллажи для хранения возимого боекомплекта. Стеллажи были разделены на вертикальные и горизонтальные ячейки в первых размещались магазины с 8-мм патронами для пулеметов «Бреда», во вторых — магазины с 20-мм выстрелами для пушки. Ячейки с пушечным боекомплектом прикрывались откидными брезентовыми шторками с застежкой сверху. Всего боекомплект для пушки состоял из 344 выстрелов калибра 20 мм, снаряженных в 43 магазина по 8 выстрелов в каждом. 14 магазинов хранились в боеукладке на правом борту 29 — на левом борту боевого отделения. Боекомплект для 8-мм пулеметов «Бреда» насчитывал 2040 патронов, снаряженных в 85 магазинов по 24 патрона в каждом. 40 магазинов располагались в стеллаже-боеукладке на правом борту еще 45 — на левом.

При закрытых люках и дверях освещение боевого отделения было довольно скудным, его обеспечивали зарешеченные лампочки на двух приборных панелях и еще одна лампочка на крыше корпуса возле погона башни.

На правом борту под стеллажами для боеприпасов располагались две полки с тремя амортизированными подставками на которых устанавливалось бортовое радиооборудование — длинноволновая радиостанция RF ЗМ в состав которой входили приемник RR6 и передатчик TS2, обычно устанавливавшийся непосредственно над приемником, один-два трансформатора, блок управления и антенна. Последняя монтировалась с левой стороны корпуса и обычно находилась в горизонтальном положении. В рабочее положение она устанавливалась с помощью специального маховика, расположенного слева от лобового окна почти под самым потолком отделения управления. Радиостанция RF 3M имела радиус действия от 40 до 70 км при выходной мощности 35 Вт и работала на четырех каналах с предварительно настроенными частотами в диапазоне от 1690 до 2790 МГц. При работе в радиотелеграфном режиме дальность связи несколько увеличивалась. Источником электроэнергии для радиоаппаратуры являлась 12-вольтовая аккумуляторная батарея. В 1942 году вместо RF 3M появилась модернизированная радиостанция RF 3M2.

Сразу же за боевым отделением находился моторный отсек, причем противопожарной перегородки между ними не было, поэтому при движении кормой вперед выхлопные газы попадали в боевое отделение, что создавало большие проблемы для экипажа, ибо единственным источником свежего воздуха, который поступал в машину при закрытых люках и дверях были прикрытые невысокими бронекоробами вентиляционные отверстия с каждой стороны башни.

В моторном отсеке, расположенном в задней части корпуса, был установлен шестицилиндровый рядный карбюраторный двигатель фирмы SPA мощностью 58,8 кВт (80 л. с ), который позволял бронемашине с боевой массой более 7 тонн развивать на шоссейных дорогах максимальную скорость 76 км/ч, а на пересеченной местности — 30 км/ч. С полными топливными баками, вмещавшими 195 л бензина, запас хода по дорогам с твердым покрытием достигал почти 400 км. Бронеавтомобиль АВ 41 имел три топливных бака: основной располагался под полом боевого отделения, меньший — в передней части корпуса перед сиденьем водителя и третий (резервный) — позади двигателя. Подача топлива к двигателю осуществлялась с помощью нескольких топливных насосов и клапанов. При повреждении одного из баков, топливная магистраль перекрывалась соответствующим клапаном, что предотвращало потерю горючего.

С двигателем взаимодействовала трансмиссия, в состав которой входили пятискоростная коробка передач с повышающей передачей, обеспечивавшей движение вперед на шести скоростях (это было больше, чем у большинства бронеавтомобилей того времени), реверсивная коробка передач, распределительная коробка, дифференциал.

Рычаги переключения направления движения на обоих рулевых постах позволяли водителю заднего руля использовать только четыре первые передачи. Крутящий момент от двигателя передавался на дифференциал одним карданным валом, но, поскольку машина имела четырехколесную полноприводную (4x4) ходовую часть, каждое колесо приводилось отдельным карданом через систему шарниров Гука и конических зубчатых передач. Шарниры Гука, или универсальные шарниры обеспечивали всей системе определенную гибкость колеса бронемашины при движении по неровностям дороги, имели значительный диапазон динамического хода в вертикальной плоскости, тогда как дифференциал был неподвижно закреплен болтовыми соединениями на раме шасси. Благодаря особенностям конструкции дифференциала при повороте бронемашины скорость вращения колес менялась — внешние вращались быстрее, внутренние медленнее.

Запасные колеса крепились в нишах бортов корпуса таким образом, что могли свободно вращаться, не давая ей сесть на днище при преодолении насыпей бугров и других вертикальных препятствий. Тем самым повышалась проходимость машины по пересеченной местности.

Модификация бронеавтомобиля АВ 41 с колесами для движения по железнодорожным рельсам использовалась патрулирования и разведки местности вдоль линий железнодорожного сообщения. В ограниченном количестве выпускалась также безбашенная машина управления.

Бронеавтомобили АВ 41 использовались на всех театрах военных действий, где сражались итальянские войска: в Северной Африке, на Восточном фронте, на Балканах, а также в самой Италии.

В боевых действиях на африканском континенте участвовали лучшие механизированные соединения итальянской армии: 132-я танковая дивизия «Ариэте» и 133-я танковая дивизия «Литторио», имевшие по отдельной бригаде бронеавтомобилей. 101-я моторизованная дивизия «Триесте» и 102-я моторизованная дивизия «Тренто» имели в своем составе по полку берсальеров, также оснащенных бронемашинами АВ 40 и 41. После поражения германо-итальянских войск под Эль-Аламейном остатки двух танковых дивизий свели в тактическую группу «Ариэте», а с Балкан в Тунис перебросили последнюю итальянскую 131-ю танковую дивизию «Чентауро». Ее бронеавтомобили участвовали во вспомогательных операциях по обеспечению наступательных действий итало-немецких войск в районе Кассеринского перевала в марте 1943 года. В Тунисе была сформирована и единственная в своем роде пехотная дивизия «Фон Мантейфель», личный состав которой составляли германские парашютисты и 10-й итальянский полк берсальеров с несколькими АВ 41. Необходимо отметить, что в условиях пустыни эта машина оказалась просто незаменимой. Пушечный бронеавтомобиль не только использовался для разведки фланговых обходов и преследования отходящего противника — он оказался идеальным средством для борьбы на коммуникациях.

Охота на британские автомобильные колонны и одиночные машины приобрела такой размах, что англичане были вынуждены ответить созданием специальных машин-ловушек. Достоверных данных об использовании АВ 40 и АВ 41 на Восточном фронте пока не обнаружено. Эти машины могли быть в 1-м полку берсальеров 9-й пехотной дивизии «Пасубио», в 3-й подвижной дивизии имени герцога Амадео д'Аоста и при штабе 8-й итальянской армии. Во всяком случае, в рапорте о составе захваченной в 1942 году в районе Калача итальянской техники среди трофейных машин значатся бронеавтомобили.

На Балканах бронемашины АВ 40 и 41 воевали в составе 131-й дивизии «Чентауро», несколько машин имелось и в сводном танковом полку при штабе 11-й итальянской оккупационной армии.

На момент вторжения союзников на Сицилию в 1943 году бронеавтомобилями этого типа располагала моторизованная дивизия «Ливорно». Имелись они и при штабе 6-й итальянской армии, командующий которой руководил обороной острова. Так как итальянские солдаты разбежались через несколько дней после высадки и оборону осуществляли немецкие части, брошенная итальянская техника досталась им. Немцы активно использовали ее в боевых действиях, а некоторые машины даже вывезли на материк.

Последним актом трагедии итальянской армии после заключения перемирия с союзниками 8 сентября 1943 года стало сражение за Рим уже с немецкими войсками. Здесь сосредоточились лучшие части вновь воссозданная 135-я бронекавалерийская дивизия «Ариэте» и моторизованная дивизия «Пьяве», имевшие в своем составе танки и бронеавтомобили последних выпусков. Они в течение двух дней удерживали город — до тех пор пока король не покинул страну.

После капитуляции Италии в сентябре 1943 года в руки немцев попало еще несколько десятков бронемашин АВ 41. В немецкой армии они получили обозначение — PzSpWgAB40u41(i).

По немецкому заказу фирма «Ансальдо» изготовила 102 бронеавтомобиля из них 23 — усовершенствованные АВ 41, остальные — АВ 43. Они пошли на укомплектование некоторых немецких частей в Италии (336-й пехотной и 26-й танковой дивизий вермахта, отряда «Одриа», добровольческих дивизий СС «Мария Терезия» и «Принц Ойген»), а также итальянских бронетанковых частей «Леонесса» и «Леончелло», сформированных Муссолини на оккупированной немцами территории Италии.

Горно-стрелковая дивизия СС «Принц Ойген» в 1944 году была переброшена в Югославию и сражалась против НОАЮ и Красной Армии. В составе югославских партизанских частей также имелись трофейные АВ 41, использовавшиеся против бывших хозяев. С дивизией СС «Мария Терезия» Красная Армия встретилась на подступах к Вене.

В соответствии с программой помощи союзникам, германское командование передало восемь АВ 41 для разведывательной роты 1-й танковой дивизии «Великая Румыния», которая с июля 1944 года сражалась против Красной Армии на Восточном фронте, а затем уже вместе с ней против вермахта. Пятнадцать АВ 41 в августе 1944 года получила Венгрия. Все эти машины были уничтожены советскими войсками.

После окончания второй мировой войны оставшиеся исправные бронемашины использовались в частях итальянских карабинеров и в составе греческой армии, которой бронеавтомобили были переданы по репарациям в 1948-1949 годах.