Til sæsonen 1937 udviklede Mercedes-Benz en ny racerbilsmodel, W 125. Den var en af de hurtigste og mest kraftfulde Grand Prix-biler, der nogensinde blev produceret. Den nåede en imponerende hastighed på 311 km/t på SPA-banen. Resultatlisten for 1937-sæsonen vidner om W 125’s næsten totale dominans: sejre ved Grand Prix i Tripoli og Avus-løbet, dobbelte sejre ved Grand Prix’erne i Tyskland, Italien og Brno, samt tredobbelte sejre ved Grand Prix’erne i Monaco og Schweiz.

W125 tjente som en erstatning for den yderst succesfulde W25 og var den sidste Mercedes-Benz til at overholde 750 kg formelreglerne. Designelementerne var i høj grad påvirket af formelrace-reglerne på det tidspunkt. I årene 1934, 35, 36 og 37 var der ingen regler, der begrænsede motorernes størrelse og kompression. Dette gjorde det muligt for biler med ekstrem kraft og hastighed at konkurrere i denne periode. I 1937 var den eneste primære begrænsning for holdene en maksimal vægt på 850 kg. Dette blev hævet fra de 750 kg, der var fastsat i sæsonen 1936.

W125-rammen bestod af en ekstremt robust, rørformet oval ramme lavet af specialstål med fire tværbjælker. Den havde fordel af test med rammer fra produktionsbiler, som for eksempel den, der blev brugt på 1938-generationen af Mercedes-Benz 230. Hjulene var placeret anderledes, med dobbelt triangelarme og spiralfjedre foran, som på de berømte, eksklusive 500 K og 540 K modeller, og med en dobbeltleddet De Dion bagaksel, der sikrede konstant camber, plus længdeinstallerede torsionsfjeder og vippe-støddæmpere. Tværgående forbindelser overførte driv- og bremsekraft til chassiset.

Efter omfattende tests på Nürburgring udviklede ingeniøren Rudolf Uhlenhaut en revolutionerende affjedringskonfiguration: Han vendte simpelthen den grundlæggende affjedringsopsætning, der hidtil var brugt, på hovedet – fra stive fjedre med lidt dæmpning til bløde fjedre med lang fjederbevægelse og stive støddæmpere. W 125 blev dermed en forbillede for alle moderne Mercedes-Benz sportsvogne. Dens ydre lignede forgængeren, men var alligevel let genkendelig på de tre køleluftindtag. Til det ultra-hurtige Avus-løb den 30. maj 1937 (hvor Hermann Lang opnåede en gennemsnitsfart på 261,7 km/t) blev bilen udstyret med en strømlinet karosseri. Transmissionen og differentiale dannede en integreret enhed. Bilens otte-cylindrede rækkemotor repræsenterede den højeste udviklingsfase af Grand Prix-motoren, som var brugt siden 1934. Kompressoren var placeret bag karburatorerne og blev dermed forsynet med blandingen – en verdensnyhed for Mercedes-Benz racerbiler.

Selvom W 125 kun tjente sit hurtige formål i ét år, gjorde den det med stor alsidighed. Den kunne præcist tilpasses den enkelte racerbane ved hjælp af forskellige gearkasser, tankvolumener og benzinblandinger, karburatorer, kompressorer, fælg- og dækstørrelser, dækmønstre og endda ydre dimensioner. Motorkraft, drejningsmoment, topfart og hastighederne opnået i de enkelte gear varierede tilsvarende. Der var for eksempel op til otte forskellige gearforhold tilgængelige samt to baghjulsstørrelser (7.00-19 og 7.00-22). En effekt på 592 hk (435 kW) ved 5800 rpm angivet af fabrikken refererer til Gran Premio d’Italia i Livorno den 12. september 1937. Motoren, som i mellemtiden var vokset til en kapacitet på 5660 cc, brugte en liter brændstof pr. kilometer, en aggressiv specialblanding bestående af 88 procent methanol, 8,8 procent acetone og spor af andre stoffer. Klar til løb vejede W 125 1097 kilogram (1021 kilogram uden fører) i denne konfiguration, inklusive 240 liter benzin, syv liter vand, ni liter motorolie og 3,5 liter gearolie. Ingeniørerne i Untertürkheim frembragte op til 646 hk (475 kW) fra den 222-kilogram tunge motor på testbænken, hvilket svarer til et massivt effekt-til-slagvolumen-forhold på 114 hk (84 kW) og et lige så imponerende effekt-til-vægt-forhold på 1,16 kilogram per hestekraft. Disse værdier blev først overgået årtier senere, ligesom Hermann Langs gennemsnitshastighed på 261,7 km/t i det års Avus-løb.

Type	Racer bil
Motor	M125F række-8, langsliggende foran. DOHC med 4 ventiler/cyl. Kompressor
Volumen	5660 cm³
Boring	94 mm
Slaglængde	102 mm
Effekt	441.5 kW / 592 hk ved 5800 o/min
Karosseri / Chassis	Aluminium på oval stål rørramme
Fordæk	5.25×17
Bagdæk	7.0×19
Bremser for	Hydrauliske tromler
Bremser bag	Hydrauliske tromler
Styring	Snegl/snekke
Affjedring for	Dobbelte wishbones med spiralfjedre, støddæmpere
Affjedring bag	de Dion aksel med tværliggende fjedre, støddæmpere
Vægt	833 kg
Akselafstand	2798 mm
Sporvidde for	1473 mm
Sporvidde bag	1412 mm
Længde	4200 mm
Bredde	1750 mm
Højde	1200 mm
Gearkasse	4-trins manuel
Top hastighed	322 km/t