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En 1906 comienzan los Grandes Premios, Mercedes inscribe tres coches en Le Mans, y en los años siguientes gana diversas carreras como en Dieppe o la copa VanderBilt. En los años 10, con el motor de 4,5 litros, ganan diversas carreras como el Gran Premio de la ACF en Lyon, la copa Chicago Elgin Trophy o las 500 millas de Indianapolis en 1915, con Ralph de Palma.

La Gran Guerra interrumpe estas actividades hasta 1922, cuando se reinicia la actividad competitiva, aún con los coches de 1914. En sus participaciones en la Targa Florio o el GP de Italia no consiguen resultados. Pero a partir 1926, con la fusión con Benz y la entrada del técnico Alfred Neubauer para organizar la competición, las cosas cambian. Se contrata a Ferdinand Porsche, quien diseña el Mercedes SSK y comienzan a participar en carreras como Le Mans. En 1927 consiguieron las tres primeras plazas en el GP de Alemania, en Nurburgring. En 1928, Caracciola repitió victoria, además de otras en diversos grandes premios de ese año.

En 1931 Caracciola, con el SSKL, ganó las Mille Miglia, y fue el primer coche no italiano en hacerlo. Para continuar con estos éxitos, Niebel diseñó el W25, que ganó su primera carrera en 1934 en Nurburgring. En ese año se consiguieron otras tres victorias en grandes premios. Al año siguiente, ya con el apelativo de «flecha de plata», este W25 ganó otras diez carreras con Caracciola y Fagioli. La evolución de este coche, el W125, consiguió 7 victorias en 1936. A continuación, y para la nueva fórmula 3 litros, se había diseñado el W154, pero la 2ª Guerra Mundial paró todo.

Hasta 1951, y con coches de antes de la guerra, no se volvió a la competición, en la Fórmula Libre en Argentina. Sin éxito, por lo que Neubauer comenzó a desarrollar el novedoso 300 SL, con el que ganó en Nurburgring y la Carrera Panamericana en 1954. De este 300 SL derivó el W196. Con él, en 1955 Juan Manuel Fangio fue campeón del mundo de Fórmula. Pero el desastre de Le Mans, con Levegh como piloto, decidió a la marca a dejar la competición.

Hasta los años 70 no volvió a verse un Mercedes en competición, y era una versión derivada del cupé 450 SLC para participar en los rallyes africanos del Safari y Bandama, que ganó Hannu Mikkola y al año siguiente de nuevo, con Bjorn Waldegaard.

Ya en los años 80, Mercedes preparó una copa de circuitos con los 190E, cuya carrera de inicio, en Nurburgring, ganó Ayrton Senna. A la vez, el suizo Peter Sauber decidió participar en las carreras de Sport-Prototipos con un grupo C con motor Mercedes. En 1985 ganó las 1000 millas de Nurburgring con Thackwell y Pescarolo.

El cambio en la dirección de Mercedes y los éxitos de Sauber animan a la marca a apoyarle oficialmente, además de inscribir varios 190E en el campeonato europeo de turismos. En 1988 Sauber, con Schlesser, queda segundo en el campeonato del mundo de Sport-Prototipos, y al año siguiente, los Sauber aparecen pintados con el color gris oficial de Mercedes. Los Sauber-Mercedes ganan 7 de ocho carreras, incluidas las 24 horas de Le Mans, y el campeonato del mundo. En 1990, con 8 victorias, vuelven a ganar el título mundial, y entran en el equipo pilotos como Michael Schumacher, Karl Wendlinger o Heinz Harald Frentzen

Se hacen planes para entrar en la fórmula 1 en 1991, pero Mercedes decide aplazarlos para más adelante. Sauber toma el relevo, con un pequeño apoyo de la marca, y motores Ilmor, sin demasiado éxito, por lo que Mercedes absorbe Sauber en 1995. La llegada de Mika Hakkinen permite conseguir las primeras victorias en 1997, y el campeonato del mundo en 1998 y 1999.

En Turismos, varios pilotos privados participan en el DTM (campeonato alemán de turismos) en los años 80. En 1988 AMG comienza a participar con apoyo oficial y gana el título, en 1992 con Ludwig y 1994 con Schneider, con un clase C.

En 1994 Mercedes comienza a participar en la fórmula CART estadounidense, pero solo aportando motores a diversos equipos, como Penske, con los que consigue nueve victorias.

AMG volvió al campeonato de Sports en 1997, donde consiguió un campeonato del mundo con Schneider, pero volvió a abandonarlo tras los accidentes de los «Mercedes voladores» de Le Mans 2000.