In den 1930ern dominierte die 1926 neu geschaffene Daimler-Benz AG mit ihren legendären Silberpfeilen (zusammen mit dem Konkurrenten Auto Union) den europäischen Motorsport. Dabei stellte sie Geschwindigkeitsrekorde von bis zu 435 km/h auf. Bedeutende Mercedes-Rennwagen aus den 30er Jahren waren z. B. der Mercedes-Benz W 125 und der Mercedes-Benz W 154.
Verantwortlich für die Entwicklung der Rennwagen war seit 1936 Rudolf Uhlenhaut (* 1906 in London, † 1989), der sich nicht nur als Ingenieur, sondern auch als Testfahrer auszeichnete. Die erfolgreichen W 125 und W 154 entstanden unter seiner Leitung. 1939 baute Mercedes für das Rennen in Tripolis noch den kleinen W 165, von dessen 1,5-Liter-Motor Uhlenhaut sagte, es sei wohl der beste Rennwagenmotor, der je gebaut wurde.
Die Regie bei den Rennen führte Rennleiter Alfred Neubauer. Er war der Taktiker des Teams, der die Tankstopps seiner Fahrer vorab festlegte und den Reifenverschleiß vorausberechnete, um das Tempo zu bestimmen. Er gilt als Erfinder der Zeichentafeln, die Rennfahrern von den Boxen aus entgegengehalten wurden, um ihnen ihre Position im Rennen und den Abstand zum Vorausfahrenden oder Nachfolgenden anzuzeigen, sie zu schnellerem oder verhaltenem Fahren aufzufordern usw. Umstritten waren Neubauers Stallordern, die mitunter Unverständnis unter den Fahrern auslösten und den Italiener Fagioli veranlassten, Mercedes-Benz in der Saison 1936 zu verlassen und zur Auto Union zu wechseln.
Im Jahre 1938 schließlich wurde mit dem Fahrer Rudolf Caracciola und dem Mercedes-Benz DAB V12 der noch bis heute gültige Geschwindigkeitsrekord für den Fliegenden Kilometer aufgestellt
Die aktiven Rennfahrer von 1934 bis 1939 für Mercedes waren (in alphabetischer Reihenfolge): Walter Bäumer, Manfred von Brauchitsch, Heinz Brendel, Rudolf Caracciola, Louis Chiron, Luigi Fagioli, Hanns Geier, Hans Hugo Hartmann, Ernst Jakob Henne, Christian Kautz, Hermann Lang, Richard Seaman und Geoffredo Zehender. Nicht zum Einsatz kamen Walter Gärtner, Bobby Kohlrausch und Hans Soenius.
1952 kehrte Mercedes-Benz mit dem 300 SL in den Motorsport zurück. Gleich in diesem Jahr gewann der Mercedes-Benz 300 SL mit Hermann Lang/Fritz Rieß die 24 Stunden von Le Mans (vor Helfrich/Niedermayr, ebenfalls 300 SL), den Großen Preis von Bern und die Carrera Panamericana, gefahren von Karl Kling und Hermann Lang. Die Mille Miglia beendete der Mercedes auf dem zweiten Platz.
Am 4. Juli 1954 stieg Mercedes-Benz mit dem W 196 in die Formel 1 ein und erzielte mit den Fahrern Juan Manuel Fangio und Karl Kling einen Doppelsieg beim Großen Preis von Frankreich. Fangio gewann 1954 auch die Großen Preise von Deutschland, der Schweiz und von Italien; Karl Kling siegte beim AVUS-Rennen. 1955 wurde Fangio Erster in Argentinien, Belgien, Holland und Italien; Moss gewann den GP von England.
Ähnlich erfolgreich war der vom W 196 abgeleitete Rennsportwagen Mercedes-Benz 300 SLR, der neben anderen Rennen am 1. Mai 1955 die Mille Miglia mit der bis dahin höchsten Durchschnittsgeschwindigkeit von 157 km/h gewann, gefahren von Stirling Moss mit Denis Jenkinson als Beifahrer. Zweiter wurde Juan Manuel Fangio.
Mercedes-Benz dominierte die Grand Prix- und Sportwagenrennen bis zum Ende der Saison 1955, als sich der Konzern, wie zu Beginn geplant, mit allen Teams aus dem Motorsport zurückzog. Der verheerende Unfall in Le Mans 1955, als der 300 SLR von Pierre Levegh unverschuldet mit dem Jaguar von Mike Hawthorn kollidierte und dabei über 80 Zuschauer getötet wurden – daraufhin wurden einige Rennen abgesagt –, trug mit zum Rückzug bei.
Die Stammfahrer von 1954/55 waren Juan Manuel Fangio, Hans Herrmann, Karl Kling, Hermann Lang, Stirling Moss, Piero Taruffi und André Simon als Ersatzmann. Rennleitung: Alfred Neubauer und Alexander von Korff