Pada tahun 2002, BMW meningkatkan mesin S50B30 E46 M3 generasi ketiga dan menamakannya S54B32.
Dilengkapi mesin 3.2-liter inline-six naturally aspirated dengan komponen mesin yang diperkuat, sistem Double VANOS di kedua sisi masuk dan keluar, throttle elektronik, dan program elektronik baru. Peningkatan ini memungkinkannya mencapai output daya maksimum 256 kW (348 hp) dan torsi maksimum 365 Nm, menghasilkan output daya spesifik 80 kW per liter (108 hp per liter). Pada saat itu, itu adalah mesin aspirasi alami BMW yang paling bertenaga dengan output daya spesifik tertinggi, dan juga merupakan generasi terakhir dari mesin aspirasi alami segaris enam yang digunakan di M3. Sebagai satu-satunya permata yang tersisa di jajaran mobil BMW Z, mesin ini juga dipasang pada model Z4 M yang dirilis pada tahun 2006.
BMW pernah dengan percaya diri menyatakan tidak akan menggunakan teknologi turbocharging, namun akhirnya harus berkompromi karena permintaan pasar. Pada tahun 2008, dengan diperkenalkannya M3 generasi keempat yang dilengkapi dengan mesin S65B40A 4.0-liter V8, BMW mengumumkan bahwa mesin legendaris S54B32 telah menyelesaikan misi historisnya dan secara resmi pensiun. Kabar ini membuat para pecinta BMW M3 di seluruh dunia nyaris mendesah kecewa.
