I 2002 oppgraderte BMW tredjegenerasjons E46 M3s S50B30-motor og ga den navnet S54B32.
Den har en 3.2-liters inline-seks naturlig aspirert motor med forsterkede motorkomponenter, dobbel VANOS-system på både inntaks- og eksossidene, elektronisk gass og ny elektronisk programmering. Disse forbedringene tillot den å oppnå en maksimal effekt på 256 kW (348 hk) og et maksimalt dreiemoment på 365 Nm, noe som resulterte i en spesifikk effekt på 80 kW per liter (108 hk per liter). På den tiden var det BMWs kraftigste naturlig aspirerte motor med høyest spesifikk effekt, og det var også den siste generasjonen av inline-seks naturlig aspirerte motorer som ble brukt i M3. Som den eneste gjenværende perlen i BMW Z-bilserien, ble denne motoren også installert i Z4 M-modellen utgitt i 2006.
BMW erklærte en gang selvsikkert at de ikke ville bruke turboladeteknologi, men måtte til slutt inngå kompromisser på grunn av etterspørselen fra markedet. I 2008, med introduksjonen av fjerde generasjon M3 utstyrt med S65B40A 4.0-liters V8-motor, kunngjorde BMW at den legendariske S54B32-motoren hadde fullført sitt historiske oppdrag og offisielt trukket seg tilbake. Denne nyheten fikk BMW M3-entusiaster over hele verden til å sukke i skuffelse.
