Pada tahun 2002, BMW menaik taraf enjin E46 M3 generasi ketiga S50B30 dan menamakannya S54B32.
Ia menampilkan enjin 3.2-liter inline-enam beraspirasi semula jadi dengan komponen enjin bertetulang, sistem VANOS Berganda pada kedua-dua bahagian pengambilan dan ekzos, pendikit elektronik dan pengaturcaraan elektronik baharu. Penambahbaikan ini membolehkannya mencapai output kuasa maksimum 256 kW (348 hp) dan tork maksimum 365 Nm, menghasilkan output kuasa khusus 80 kW seliter (108 hp seliter). Pada masa itu, ia adalah enjin penyedutan semula jadi BMW yang paling berkuasa dengan output kuasa spesifik tertinggi, dan ia juga merupakan generasi terakhir enjin sedutan enam sebaris secara semula jadi yang digunakan dalam M3. Sebagai satu-satunya permata yang tinggal dalam barisan kereta BMW Z, enjin ini juga dipasang dalam model Z4 M yang dikeluarkan pada tahun 2006.
BMW pernah dengan yakin mengisytiharkan bahawa ia tidak akan menggunakan teknologi pengecasan turbo, tetapi akhirnya terpaksa berkompromi kerana permintaan pasaran. Pada tahun 2008, dengan pengenalan M3 generasi keempat yang dilengkapi dengan enjin S65B40A 4.0-liter V8, BMW mengumumkan bahawa enjin S54B32 yang legenda telah menyelesaikan misi sejarahnya dan secara rasminya telah bersara. Berita ini membuatkan peminat BMW M3 di seluruh dunia hampir mengeluh kecewa.
