En septiembre de 2002 se pone a la venta el Clase S con importantes cambios en la mecánica y leves modificaciones en el diseño.

La gama está compuesta ahora por los modelos S 350 (que sustituye al S 320), S 430, S 500, S 600, S 320 CDI y S 400 CDI. De todos ellos, reciben nuevos motores el S 350 (245 CV) y S 600 (500 CV), hay un incremento de potencia en el S 320 CDI (204 CV) y se mantienen igual el S 430 (279 CV), S 500 (306 CV) y S 400 CDI (250 CV).

La versión AMG también varía. Mercedes-Benz reemplaza al S 63 AMG por el S 55 AMG. Esta nueva versión lleva el motor V8 Kompressor del SL 55 AMG, aunque la potencia se ha incrementado hasta 500 CV (el SL 55 AMG tiene 476 CV).

Como anteriormente, los Clase S están disponibles con dos tipos de carrocería: una «corta» de 5.043 mm y una «larga» de 5.163 mm. No todos los modelos pueden tener las dos carrocerías (el S 320 CDI sólo con carrocería corta y el S 600 sólo con carrocería larga)

La novedad más llamativa, junto con el S 55 AMG, es la adopción de un motor de 500 CV en el S 600.

Lleva una versión distinta del motor que lleva el Maybach, también un V12 de 5,5 litros, dos turbocompresores e intercooler (aire/agua) aunque con 51 CV menos (el Maybach tiene 551 CV). Su par máximo es 800 Nm a 1.800 rpm (100 Nm menos que en el Maybach), un valor tan impresionante como la aceleración que declara la marca de 0 a 100 km/h: tan sólo 4,8 s (menos que un Porsche 911 Carrera). Es el primer Mercedes-Benz con motor turboalimentado de gasolina (ni el Smart ni el Maybach son Mercedes).

El otro motor nuevo es el V6 de 3,7 litros que lleva el S 350. Desarrolla 245 CV de potencia y un par de 350 Nm a 3.000 rpm. Su consumo medio es de 11,1 l/100 km, un 3,5 por ciento menos del que tenía el anterior S 320. Ficha comparativa del S 350 y S 320

El seis cilindros en línea que tiene el Diesel S 320 CDI lleva las modificaciones que estrenó el Clase E en los motores de cuatro o cinco cilindros, entre ellas el sistema de alimentación. El nuevo seis cilindros Diesel del S 320 CDI da 204 CV de potencia y 500 Nm a 1.800 rpm de par máximo. Su consumo es 7,7 l/100 km, casi un 4 por ciento menos que el anterior S 320 CDI de 197 CV.

Una importante novedad mecánica es la introducción del sistema de tracción total «4 Matic» (se utilizaba en otros Mercedes-Benz pero nunca hasta ahora en la Clase S). Dicha tracción a las cuatro ruedas está disponible en los modelos S 350 (en éste a partir de enero de 2003), S 430 y S 500. Es básicamente el mismo dispositivo que llevará el sistema del Clase C: tiene un diferencial central que hace un reparto continuo de la fuerza del motor y un control de tracción que equivale funcionalmente a los diferenciales autoblocantes (delantero, central y trasero).

Por fuera, el Clase S ha cambiado tan poco que hay que fijarse bien para distinguirlo. El remodelado Mercedes-Benz se reconoce en que tiene un paragolpes delantero con tomas de aire más amplias, una intersección distinta entre el paragolpes y el capó, una parrilla del radiador más ancha, unos faros de cubierta transparente, pilotos traseros renovados y luces distintas en los retrovisores. Algunas de las llantas de aleación tienen también nuevo diseño. Interiormente hay más de cuarenta modificaciones, pero en muchos casos son de decoración (adornos cromados) y materiales, lo cual hace que su imagen sea muy similar. No cambian ni la habitabilidad interior ni el maletero.

La principal innovación es que, por primera vez, lleva de serie el sistema que Mercedes-Benz llama «Pre-Safe». En el Clase S, este sistema tiene en cuenta la información que captan los sensores del control de estabilidad y el servofreno de emergencia. Si la programación del sistema responde con un aviso de situación critica, el «Pre-Safe» tensa los cinturones de seguridad, echa el asiento del pasajero hacia atrás, levanta el respaldo si está inclinado y cierra el techo corredizo. Si no se produce la colisión, los cinturones se destensan, y el asiento y el techo vuelven a su posición anterior.

Mercedes-Benz no ha aprovechado la remodelación del Clase S para añadirle los frenos Sensotronic (SBC), según los ingenieros de la marca, porque su estructura (aparecida en 1998) no está preparada para instalarlo. Los frenos SBC sí formarán parte del equipamiento de serie del futuro Clase S. Como anteriormente, utiliza la suspensión neumática Airmatic y también pude llevar opcionalmente (de serie en el S 600) el sistema de suspensión activa ABC (más evolucionado y costoso que el sistema Airmatic DC de los Clase E).

En nuestra primera toma de contacto con los modelos de la Clase S, las impresiones percebidas son de gran calidad de fabricación, buena respuesta de los motores, elevado nivel de seguridad y agilidad dinámica al mejor nivel, destacando especialmente la impresionante capacidad de aceleración del nuevo S 600.