I september 1936 fastsatte motorløbsmyndigheden AIACR (Association Internationale des Automobile Clubs Reconnus) rammerne for den nye Grand Prix-formel gældende fra 1938. De vigtigste elementer: en maksimal slagvolumen på tre liter for kompressormotorer eller 4,5 liter for naturligt aspirerede motorer, en minimumsvægt på 400 eller op til 850 kilo afhængigt af motorens slagvolumen.
Sæsonen 1937 var knap slut, før Mercedes-Benz ingeniørerne allerede var i gang med at forberede den næste med en række nye ideer, koncepter og konkrete tiltag. En atmosfærisk motor med tre banke af otte cylindre hver, altså en W 24-konfiguration, blev overvejet, ligesom en motor monteret bagtil, direkte benzinindsprøjtning og fuldt aerodynamiske karrosserier. Til sidst valgte ingeniørerne – især af termiske årsager – en 60-graders V12, udviklet internt af specialisten Albert Heess. Med 250 cc pr. cylinder nåede de igen minimum slagvolumen i hver af de otte cylindre fra den kompressorbelastede to-liters M 2 L 8 motor fra 1924. Glykol som kølevæske tillod temperaturer op til 125°C. Fire topstyrede knastaksler betjente 48 ventiler via gaflede vippearme. Tre smedede stålcylindre ad gangen var samlet i svejsede kølekamre. Topstykkerne var ikke aftagelige. Kraftige pumper pressede 100 liter olie pr. minut gennem motoren, som vejede 500 kilo. To enkeltscoped kompressorer blev brugt i starten, og blev i 1939 erstattet af en todelt kompressor.
I januar 1938 kørte det første eksemplar på testbænken, og den første næsten problemfri testrun blev gennemført den 7. februar, hvor motoren udviklede 427 hk (314 kW) ved 8000 omdr./min. I den første halvdel af sæsonen havde førerne Caracciola, Lang, von Brauchitsch og Seaman 430 hk (316 kW) til rådighed, mod sæsonens slutning mere end 468 hk (344 kW). I Reims var Hermann Langs bil udstyret med den mest kraftfulde version med 474 hk (349 kW), der hylede ned ad de lange langsider på Champagne-banen med 283 km/t ved 7500 omdr./min i hans W 154. Og for første gang havde en Mercedes-Benz racerbil fem gear.
Max Wagners opgave i affjedringsafdelingen med at udvikle et egnet chassis var langt lettere end hans kollegers i motorafdelingen. Han overtog i vid udstrækning den grundlæggende arkitektur fra det foregående års topmoderne løsning til W 125, men øgede stellets torsionsstivhed med yderligere 30 procent. V12-motoren blev installeret dybt og i en vinkel, med karburatorernes luftindtag, der stak ud af radiatoren, hvis gitter blev gradvist udvidet inden sæsonstart.
Føreren sad til højre for drivakslen. W 154 lå tæt på asfalten, og karrosseriets profil var betydeligt lavere end dækkets øverste del. Dette gav ikke blot et visuelt dynamisk udseende, men sænkede også bilens tyngdepunkt passende. Manfred von Brauchitsch og Richard Seaman, hvis tekniske ekspertise chefingeniør Rudolf Uhlenhaut kunne stole på, blev straks begejstrede for bilens vejgreb.
W 154 havde indtil da været den mest succesfulde Sølvpil: Rudolf Caracciola sikrede sig det europæiske mesterskab i 1938 (der eksisterede endnu ikke et verdensmesterskab), og W 154 vandt tre ud af fire Grand Prix-løb, der talte med i mesterskabet.
For at undgå problemer med vægtfordelingen blev balancen udlignet ved hjælp af en saddeltank over førerens ben. I 1939 øgede en to-trins kompressor V12’ernes ydelse til 483 hk (355 kW) ved 7800 omdr./min. Denne motor blev nu kaldt M 163. AIACR’s bestræbelser på at reducere hastigheden på de åbne Grand Prix-biler til acceptable niveauer havde stort set slået fejl. De hurtigste omgange, for eksempel på Berns Bremgarten-bane, var næsten identiske i 1937 (stadig efter 750-kg-formlen) og i 1939 (med de nye tre-liters biler). På alle andre områder var W 154 også blevet finjusteret betydeligt i vinteren 1938/39. En højere kåbelinje i cockpitområdet gav større sikkerhed for føreren. Et lille instrumentpanel i hans direkte synsfelt var fastgjort til saddeltanken. Som sædvanligt gav det kun de mest nødvendige oplysninger, med en stor omdrejningstæller i midten flankeret af målere for vand- og olietemperatur. Dette var helt i overensstemmelse med Uhlenhauts principper. Føreren, plejede han at sige, må ikke blive distraheret af for mange data.
| Type | Racer bil |
| Motor | M 154/8 60° V12, langsliggende foran. DOHC med 4 ventiler/cyl. Dobbelt kompressor |
| Volumen | 2963 cm³ |
| Boring | 67 mm |
| Slaglængde | 70 mm |
| Kompression | 7.5:1 |
| Effekt | 349 kW / 468 hk ved 7800 o/min |
| Karosseri / Chassis | Aluminium på stål ramme |
| Fordæk | 6.5×19 |
| Bagdæk | 7.0×22 |
| 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 | 981 kg |
| Akselafstand | 2730 mm |
| Sporvidde for | 1475 mm |
| Sporvidde bag | 1412 mm |
| Længde | 4250 mm |
| Bredde | 1750 mm |
| Højde | 1010 mm |
| Gearkasse | 5-trins manuel |
| Top hastighed | 330 km/t |
