Năm 2002, BMW nâng cấp động cơ S50B30 của E46 M3 thế hệ thứ ba và đặt tên nó là S54B32.
Nó có động cơ hút khí tự nhiên sáu xi-lanh thẳng hàng, dung tích 32-lít với các thành phần động cơ được gia cố, hệ thống VANOS đôi ở cả hai bên nạp và xả, bướm ga điện tử và lập trình điện tử mới. Những cải tiến này cho phép nó đạt được công suất tối đa 256 kW (348 mã lực) và mô-men xoắn cực đại 365 Nm, dẫn đến công suất đầu ra cụ thể là 80 kW mỗi lít (108 mã lực mỗi lít). Vào thời điểm đó, đây là động cơ hút khí tự nhiên mạnh nhất với công suất đầu ra cụ thể cao nhất của BMW, đồng thời cũng là thế hệ động cơ hút khí tự nhiên 6 xi-lanh thẳng hàng cuối cùng được sử dụng trên M3. Là viên ngọc quý duy nhất còn sót lại trong dòng xe BMW Z, động cơ này cũng được lắp trên mẫu Z4 M ra mắt năm 2006.
BMW từng tự tin tuyên bố không sử dụng công nghệ tăng áp, nhưng cuối cùng phải thỏa hiệp do nhu cầu của thị trường. Năm 2008, với sự ra đời của M3 thế hệ thứ tư được trang bị động cơ V8 4.0-lít S65B40A, BMW tuyên bố rằng động cơ huyền thoại S54B32 đã hoàn thành sứ mệnh lịch sử và chính thức nghỉ hưu. Thông tin này khiến những người đam mê BMW M3 trên toàn thế giới gần như thở dài thất vọng.
