В 1938 г. руководство Гран-при (AIACR) установило новые правила, которые ограничивали объём компрессорных двигателей до 3000 см3. Это означало, что успешный Mercedes-Benz W125 больше не сможет участвовать в соревнованиях, и инженеры компании во главе с Рудольфом Уленхаутом создали новый болид - W154. Для него был спроектирован 3-литровый 48-клапанный мотор V12 60° с двумя нагнетателями Рутса, который получился легче и компактнее рядного 8-цилиндрового. На смеси метанола, нитробензина, ацетона и серы этот агрегат выдавал 425-474 л.с., а в поздней версии с 2-ступенчатым компрессором - 483 л.с. Расход топлива составлял 100 л/100 км, поэтому машине требовалось 2 бензобака на 400 л. Шасси у W154 было таким же, как у W125, с трубчатой рамой, независимой подвеской на двойных поперечных рычагах спереди, осью DeDion сзади и гидравлическими барабанными тормозами на всех колёсах. Исключением были только гидравлические амортизаторы и 5-ступенчатая механическая коробка передач. Алюминиевый кузов в форме стрелы стал ниже и получил горизонтальную решётку радиатора.

Третья модель из серии "серебряных стрел" принесла Рудольфу Караччиоле последний титул чемпиона Европы. Mercedes-Benz W154 стартовал в Гран-при По 1938 г., где занял второе место после Delahaye Рене Дрейфуса. В Гран-при Триполи, Франции и Швейцарии Mercedes-Benz достались первые три места, в Гран-при Германии - два. В 1938 г. автомобиль также одержал победу в итальянских гонках Coppa Ciano и Coppa Acerbo. Обновлённый W154 выступал и в сезоне 1939 г. На нём Герман Ланг выиграл Eifelrennen, Гран-при По, Бельгии и Швейцарии, а Караччиола занял первое место в Гран-при Германии. Гоночную карьеру "серебряных стрел" прервала Вторая мировая война, но в 1947 и 1948 гг. Mercedes-Benz W154 снова вернулся на трассу Гран-при в Индианаполисе, только уже в частных руках. В 1939 г. была построена ещё одна гоночная модель для класса voiturette - Mercedes-Benz W165 с 1.5-литровым двигателем V8. На этой машине Ланг и Караччиола заняли первые два места в Гран-при Триполи 1939 г.