到了第四代E46,设计团队开始重视空气动力学的运用。车顶更具弧度,车身线条更加流畅、平滑。底盘部分由铝合金打造,承载了更多悬架部件,从而减轻簧下质量的负担,让汽车在行驶过程中更平稳。动力方面,标配77kW四缸发动机,M3版本的发动机功率则达到了265kW。2003年,E46加入ZHP性能包选项,提高了传动齿轮比。
2004年,第五代E90上市。此时的3系开始同时向运动性和舒适度发展,电子功能方面也有显著提升。E90进一步扩大了体型,为内部留出了更宽阔的空间,配置的真皮座椅可灵活调节,也可加热,充分考虑了用户的乘坐体验。同时,E90增加了更多的电子功能,它是首款搭载iDrive操作系统的3系车型,也拥有电动可调座椅、座椅记忆功能、卫星导航和前排座椅加热功能。标配的发动机功率达到了90kW,而M3版本甚至搭载了4.0L V8发动机,功率高达309kW。出色的舒适度、电子功能配置和动力性能帮助E90赢得了世界年度汽车奖荣誉。
2011年,第六代F30上市。这一代由于受到了欧6排放标准的限制,因此重心放在了节能减排上。引入了Efficient Dynamics(高效动力)策略。这种策略由智能能量管理系统和空气动力学组件组成。智能能量管理系统包含制动能量回收系统、电动助力转向系统和自动启停功能,空气动力学组件则包括风幕、主动式扰流板、鲨鱼鳃侧通风口、导气片和智能降阻进气格栅。该策略能够有效减少油耗和二氧化碳排放,同时提高续航能力。F30在满足欧6排放标准的同时,仍旧完成了对动力的提升。标配四缸发动机的功率为100kW,而M3版本重新用回六缸发动机,但功率提升至317kW。