Mercedes-Benz setzte in den 1960ern und 1970ern einige große Limousinen (Mercedes-Benz W 111) im Rallyesport ein. In den frühen 80ern war geplant, mit dem damals neuen Mercedes-Benz W201 („190er“) an Rallyes teilzunehmen. Wegen der Einführung von Allradantrieb und Turbolader (Audi Quattro) im Wettbewerb wurde der Plan jedoch aufgegeben. Stattdessen startete der W 201 bzw. Mercedes 190 mit einem 16-Ventil-Motor von Cosworth auf dem Hochgeschwindigkeitskurs von Nardò vom 13. bis 21. August 1983 zu einem Dauerlauf. Der Wagen brach dabei drei FIA-Weltrekorde, nachdem er fast ohne Unterbrechung (bis auf einen 20-sekündigen Boxenstopp alle 2,5 Stunden) insgesamt 201 Stunden, 39 Minuten und 43 Sekunden über 50.000 km mit einer Höchstgeschwindigkeit von 247 km/h gefahren war. Dieser Erfolg gab den Ausschlag für die serienmäßige Herstellung des Modells 190E 2.3–16.

Mercedes-Benz kehrte schließlich in den späten 80ern zu den Sportwagenrennen und in die DTM zurück; Sauber-Mercedes gewann 1989 die 24 Stunden von Le Mans. Mercedes war auch in der Gruppe C-WM erfolgreich und brachte dort durch intensive Nachwuchsförderung große Talente hervor, z. B. den späteren Formel-1-Weltmeister Michael Schumacher.

Mercedes-Benz setzt auch Renntrucks in Truck-Racing-Rennen ein.

1990 wurde Norbert Haug Sportchef bei Mercedes-Benz. Insbesondere die DTM-Fahrertitel von Klaus Ludwig in den Jahren 1992 und 1994 sowie die DTM- und ITC-Fahrertitel von Bernd Schneider aus dem Jahr 1995 sind die Höhepunkte der ersten Jahre Norbert Haugs als Mercedes-Sportchef.

Mercedes-Benz fährt seit Gründung der Deutschen Tourenwagen Masters im Jahre 2000 in dieser Serie mit und wurde in den Jahren 2000, 2001, 2003, 2005 und 2006 Meister.