Трехлитровая «битурбошестерка» M3 CS развивает 550 лошадиных сил — на 40 сил больше, чем у взятой за основу Competition с активным задним М-дифференциалом. Максимальный крутящий момент в 650 Нм достигает при 2750 оборотах в минуту и поддерживается до 5950 оборотов. Мотор сочетающийся с восьмидиапазонным автоматом M Steptronic, получил облегченные цилиндры и коленвал, более жесткие опоры и сердечник головки блока цилиндров, напечатанный на 3D-принтере. Предусмотрены спорт-режим, направляющий больше момента на задние колеса, а также полное отключение передней оси и системы стабилизации для дрифта.
С места до 100 километров в час BMW M3 CS разгоняется за 3,4 секунды. Для сравнения, Competition на то же стартовое упражнения требуется 3,5 секунды, а донору двигателя M4 CSL — 3,7. Скорости в 200 километров в час «четырехдверка» достигает за 11,1 секунды.