Lorsque l’usine d’Abruzzi de Bianchi est détruite, un nouveau site de production est construit à Desio, près de Milan. La nouvelle société marque la fin de la construction automobile pour Bianchi. La firme continuera cependant la fabrication des vélos.

Après la prise de participation de Fiat et de Pirelli, la firme prend le nom d’Autobianchi. L’accord prévoit que Fiat fournira les organes mécaniques des voitures et que Pirelli fournira les pneus. Autobianchi réalisera les carrosseries et l’assemblage de tous les organes. Le 13 septembre 1957, la première Autobianchi voit le jour, présentée au musée des Sciences et des techniques de Milan sous le nom de Bianchina Transformable. Directement dérivée de la Fiat 500, elle permet à Fiat de proposer à une clientèle une voiture plus luxueuse que sa 500. Elle permet aussi au groupe de combler le manque de stock causé par une trop forte demande, supérieure aux capacité de production. Les Bianchina seront produite jusqu'en 1969.

En 1963, au Salon de Turin, la marque présente la Stellina, un petit cabriolet basé sur un châssis et une mécanique de Fiat 600D. Egalement proposée en coupé, la voiture dispose d'une carrosserie en matériaux composite. Sa production s'arrêta très vite, après 502 exemplaires, les italiens ne voulant pas de voiture en plastique boudèrent le modèle.

En 1964, la révolutionnaire Primula est présentée. Cette voiture est une première mondiale, puisqu'elle est la première traction dotée d’un moteur avec sa boîte de vitesse accolée, placés transversalement. Elle dispose également de quatre freins ) disque, d’un embrayage hydraulique, et, selon les versions, d’un hayon, une autre première mondiale. En 1967, la firme est totalement absorbée par Fiat et Autobianchi devient ainsi le laboratoire à grande échelle du groupe Fiat, permettant ainsi de tester les réactions du marché. La Primula sera construite jusqu'en 1970, à 74.858 exemplaires, un beau succès pour la marque. Pendant ce temps, la Bianchina a évolué, et proposée dans plusieurs configurations.

En 1969, un nouveau modèle apparaît, la A111. Ce modèle utilise de nombreux éléments Fiat mais diffèrent totalement des autres production d'Autobianchi. Directement dérivée de la Primula, elle dispose du moteur qui équipera bientôt les Fiat 124. Fabriquée à 56.894 exemplaires, elle sera la dernière grande berline produite par Autobianchi dans l'usine de Desio. La production s'achèvera pour laisser de la place à l'autre succès de la marque, la A112, produite en parallèle de la A111.

La A112 a également été présentée en 1969. Riposte à la Mini d'Austin, la petite Autobianchi est dotée du moteur de la Fiat 850, de 903 cm3 et 44 chevaux. Elle dispose de nombreux éléments mécaniques de la Fiat 127. Considérée comme une auto performante, elle intéressera d'ailleurs Abarth qui en proposera une version dopée. Sa production ne s'achèvera qu'en 1986, après 17 ans de production. 1 245 274 exemplaires sortiront des chaînes de Desio.

Trois versions Abarth seront proposées, une de 58 chevaux en 1971 et deux de 70 chevaux en 1975 et 1979. Sur le marché, la petite Abarth trouvera de nombreuses concurrentes, les Renault 5 LS, la Fiat 128 Rallye, la Simca 1000 Rallye 1 et II, la Ford Escort Sport et la Mini Innocenti 1001.

Fin 1969, la marque est placée sous le contrôle de Lancia, qui continuera de produire la A-112, qui ne restera badgée Autobianchi qu’en Italie et en France. La A112, qui a séduit de nombreux clients, en majorité des femmes, a été proposée en plusieurs versions, A1, E et Junior avec le moteur de 903 cm3, et Elegant, Elite et LX avec le moteur 965 cm3. Elle laissera la place à l'Y10 de lancia.

L'Y10 succède à la A112. Lancée en 1985 au Salon de Genève, elle apparaît d'abord sous le nom d'Autobianchi, pour les marchés français et italien. Ce n'est qu'en 1990 qu'elle est vendue sous la marque Lancia en France, l'Italie conservant la marque Autobianchi jusqu'à la fin de sa production, en 1995. La Lancia Ypsilon la remplacera.

En 1992, le site de production historique de la marque, à Desio en Italie est fermé, marquant la fin définitive du blason Autobianchi. Depuis, plus aucune voiture du groupe ne sera produite sous la marque Autobianchi, dont les droits ont été cédés au Registro Autobianchi, le club officiel de la marque en Italie.