Im Frühjahr 2004, vier Jahre nach ihrem Start, wertete Mercedes-Benz das T-Modell zusammen mit den anderen Karosserievarianten der erfolgreichen C-Klasse in Technik, Ausstattung und Design weiter auf. Zur Modellpflege erschien das neue Topmodell der Baureihe, der C 55 AMG - erstmals war damit ein V8-Motor in dieser Modellreihe erhältlich. Lieferbar waren nun T-Modelle der Typen C 180 KOMPRESSOR, C 200 Kompressor, C 200 CGI, C 230 KOMPRESSOR, C 240, C 240 4MATIC, C 320, C 320 4MATIC und C 55 AMG. Frisch ins Programm aufgenommen wurde dabei neben dem C 55 AMG auch der Typ C 230 KOMPRESSOR. Während der gänzlich neu entwickelte Hochleistungs-Sportkombi als Nachfolger des C 32 AMG antrat, war die Motorisierung C 230 KOMPRESSOR bisher schon im Sportcoupé der C-Klasse angeboten worden.
Mit der intensiven Überarbeitung hatte Mercedes-Benz die bewährten Eigenschaften der C-Klasse gestärkt, zusätzlich aber vor allem bei Dynamik, Komfort und Wertanmutung neue Akzente gesetzt. Das dynamischere Erscheinungsbild bestimmten vor allem der neu gestaltete Frontstoßfänger mit dem markanten, sportwagenähnlichen unteren Lufteinlass und die ebenfalls neue Kühlermaske, die mit drei Lamellen optisch breiter und damit kraftvoller wirkte. Je nach Modell und Ausstattung waren die Lamellen lackiert oder zeichneten sich durch eine sportliche Lochstruktur aus. Serienmäßig stattete Mercedes-Benz die C-Klasse nun mit Scheinwerfern in Klarglas-Optik aus. Auch die von 1493 Millimeter auf 1505 Millimeter verbreiterte Spur, serienmäßige 16-Zoll-Räder und Breitreifen im Format 205/55 R 16 verstärkten den dynamischen Auftritt der C-Klasse. Zudem erhielten die Lines CLASSIC und ELEGANCE die sportlichere Seitenschwellerverkleidung und den Heckstoßfänger des AVANTGARDE-Modells.
Für noch mehr dauerhaften Glanz sorgte von der Modellpflege an serienmäßig ein neu entwickelter, kratzfesterer Klarlack, der auf Nano-Technologie basierte und die Mercedes-Benz Langzeitqualität noch stärker unterstrich. Die Designer hatten auch das Interieur aufgewertet. Das zeigen nicht nur dezente Chromzierteile an verschiedenen Bedienelementen der Instrumententafel, sondern auch neu entwickelte Schalter und das modifizierte Sitzdesign, das den Charakter der Lines unterstützte und noch besseren Sitzkomfort bot. Weiß beleuchtete Rundinstrumente im Stil hochwertiger Chronometer bildeten den Mittelpunkt des komplett neu gestalteten Cockpits mit senkrecht angeordnetem Zentral-Display.
Das Basismodell CLASSIC war serienmäßig mit neuen Edelholz-Zierteilen ausgestattet, die das hochwertige Erscheinungsbild der Mittelkonsole und der Tunnelverkleidung prägten. Bei der Line AVANTGARDE standen Aluminium oder auf Wunsch das Edelholz Vogelaugenahorn zur Auswahl. Die Sitze dieser Modellvariante waren serienmäßig mit einer Kombination aus Stoff und dem neuen Material ARTICO bezogen.
Für noch bessere Fahrdynamik sorgten verschiedene technische Modifikationen an Fahrwerk, Lenkung und Schaltgetriebe der C-Klasse. Zu diesem Maßnahmenpaket mit dem Namen DIRECT CONTROL gehörten neu entwickelte Lager an Vorder- und Hinterachse, die ohne Komforteinbußen ein agileres Kurvenverhalten boten, eine direktere Lenkübersetzung und neu abgestimmte Serien- und Sportfahrwerke. Das neue Sechsgang-Schaltgetriebe zeichnete sich serienmäßig durch leichtere Bedienung, hohe Schaltpräzision und kürzere Schaltwege aus. Beim C 320 und bei den Modellen mit Sportpaket oder Sportpaket AMG setzte Mercedes-Benz ein sportlich abgestimmtes Getriebe mit deutlich kürzeren Schaltwegen ein.
Das Motorenprogramm des T-Modells erweiterte Mercedes-Benz durch den 141 kW (192 PS) starken Kompressormotor, der bisher nur im Sportcoupé lieferbar gewesen war. Mit 260 Newtonmetern maximalem Drehmoment beschleunigte der Vierzylinder den C 230 KOMPRESSOR in 8,7 Sekunden aus dem Stand auf 100 km/h und ermöglichte ein Spitzentempo von 235 km/h. Dank des TWINPULSE-Systems, das verschiedene Technologien wie Kompressor, Ausgleichswellen, Ladeluftkühlung, variabel verstellbare Nockenwellen und Vierventiltechnik kombinierte, verbrauchte der Motor des T-Modells nur 9,3 Liter je 100 Kilometer (NEFZ-Gesamtverbrauch).
Die Leistung des bewährten Diesel-Vierzylinders im C 220 CDI stieg von bisher 105 kW (143 PS) auf 110 kW (150 PS). Sein moderner Motor war mit der Common-Rail-Direkteinspritzung der zweiten Generation ausgestattet und zeichnete sich dank Ausgleichswellen durch vorbildliche Laufruhe aus. Der Kraftstoffverbrauch betrug nur 6,5 Liter je 100 Kilometer (NEFZ-Gesamtverbrauch im T-Modell). Dank des technisch anspruchsvollen, additivfreien Partikelfiltersystems entsprachen die Dieseltypen C 200 CDI und C 220 CDI den ab 2005 gültigen Abgaslimits der EU-4-Vorschrift.
Im neuen C 55 AMG bot Mercedes-Benz erstmals in der C-Klasse der Baureihe 203 einen Achtzylindermotor an und stieß damit in die Leistungsdimensionen reinrassiger Sportwagen vor: 270 kW (367 PS) und 510 Newtonmeter maximales Drehmoment waren Bestwerte in dieser Fahrzeugklasse. Aus dem Stand beschleunigte der C 55 AMG als T-Modell in nur 5,4 Sekunden auf 100 km/h und garantierte mit dem serienmäßigen AMG-Sportfahrwerk sowie dem Fünfgang-Automatikgetriebe mit Lenkrad-Schalttasten und AMG-SPEEDSHIFT sportlichen Fahrspaß auf höchstem Niveau.
Äußerlich unterschied der neue Spitzentyp von den anderen Varianten durch ein eigenständiges Frontdesign mit elliptischen Doppelscheinwerfern und einen um rund 80 Millimeter verlängerten Vorbau von den anderen Modellen der C-Klasse. Das ermöglichte den Einbau des kraftvollen V8-Motors. Auch die Schwellerverkleidungen, der Kofferraumdeckel und der Heckstoßfänger betonten durch ihre individuelle Gestaltung den Hochleistungs-Charakter des Achtzylindermodells. 18-Zoll-Leichtmetallräder, Reifen der Größen 225/40 R 18 (vorn) und 245/35 R 18 (hinten), AMG-Sportsitze mit Alcantara-Bezug und ein ausgesprochen sportlich gestaltetes Kombi-Instrument mit silberfarbenen Zifferblättern waren weitere Besonderheiten des neuen C 55 AMG, der den bisherigen C 32 AMG ablöste.
Ihren Ruf als Technologie-Trendsetter in diesem Marktsegment bekräftigte die C-Klasse zur Modellpflege auch durch Innovationen für noch mehr Sicherheit und Komfort. Dazu zählten zum Beispiel die lichtstarken Bi-Xenon-Scheinwerfer, die Mercedes-Benz mit einem speziellen Abbiegelicht kombinierte. Es war erstmals in die Nebelscheinwerfer integriert und leuchtete den Bereich neben und vor dem Fahrzeug weitwinklig aus, sodass Fußgänger und Radfahrer beim Abbiegen besser zu erkennen waren. Auch enge Kurven wurden dadurch besser einsehbar.
2004 hielten auch die Sprachbedienung LINGUATRONIC, die auf Wunsch das Autotelefon sowie zahlreiche Funktionen des Audiogeräts per Sprachbefehl steuert, eine noch leistungsfähigere Autoradio-Generation sowie ein 320 Watt starkes Soundsystem mit Surround-Klang Einzug in die C-Klasse.
Zwei neue C-Klasse Typen mit V6-Motor präsentierte Mercedes-Benz zum Frühjahr 2005: Die T-Modelle C 320 CDI und C 350 zeichneten sich durch die leistungs- und drehmomentstärksten Motoren dieser Fahrzeugklasse aus. Ebenfalls neu war das Sondermodell „Sport Edition", mit dem die C-Klasse ihren dynamischen Charakter auch optisch noch stärker zum Ausdruck brachte. Der 165 kW (224 PS) starke C 320 CDI stand von nun an an der Spitze des Diesel-Programms der C-Klasse und löste mit einem Leistungsplus von 32 Prozent den bisherigen Reihenfünfzylinder (125 kW/170 PS) ab. In Kombination mit dem Siebengang-Automatikgetriebe 7G-TRONIC, das auf Wunsch erstmals in der C-Klasse angeboten wurde, stieg das maximale Drehmoment um mehr als 27 Prozent auf 510 Newtonmeter.
Im C 350 arbeitete der stärkste V6-Benzinmotor in dieser Fahrzeugklasse. Mit einer Leistung von 200 kW (272 PS) und 350 Newtonmeter Drehmoment war der Motor allen vergleichbaren V6-Triebwerken deutlich voraus. Verglichen mit dem bisherigen Sechszylindermodell der C-Klasse bot der neue C 350 rund 13 Prozent mehr Drehmoment und 25 Prozent mehr Leistung. Die beachtliche Leistungs- und Drehmomentcharakteristik verdankte der Sechszylinder einem umfangreichen Technologiepaket. Es beinhaltete unter anderem eine variable Nockenwellenverstellung für die Ein- und Auslassseite, die Mercedes-Benz hier erstmals bei einem V6-Motor einsetzte. Mit ihrer Hilfe öffneten und schlossen die 24 Ventile in jeder Fahrsituation zum jeweils günstigsten Zeitpunkt, sodass sich der Gaswechsel in den Zylindern deutlich verbesserte und die Energieverluste reduziert wurden.
Von März 2005 an war das T-Modell ebenso wie die anderen Karosserieformen der C-Klasse als „ Sport Edition" und „Sport Edition+" erhältlich. Beide Pakete betonten den dynamisch-agilen Charakter der C-Klasse noch stärker. Dafür sorgten markante Ausstattungsdetails, wie zum Beispiel das AMG-Optikpaket mit modifizierter Front- und Heckschürze sowie Seitenschwellern („Sport Edition+"), 17-Zoll-Leichtmetallräder im Sechs-Speichen-Design, Breitreifen 225/45 R 17 (vorn) und 245/40 R 17 (hinten), Sportfahrwerk („Sport Edition+") und Bi-Xenon-Scheinwerfer. Dazu kamen eine silbern lackierte Kühlermaske, in Wagenfarbe lackierte Türgriffe, verchromte Auspuffblenden und Seitenschutzleisten mit dem Schriftzug „Sport Edition". Auch die Innenausstattung sprach durch das serienmäßige Drei-Speichen-Lederlenkrad mit Daumenauflagen, den ergonomisch geformten, silberfarbenen Schaltknauf, Fußmatten mit silberner Umrandung und Pedale mit schwarzen Gumminoppen eine betont sportliche Sprache. Die „Sport Edition" lieferte Mercedes-Benz für alle Motorvarianten der C-Klasse in den Exterieurfarben Iridiumsilber und Diamantschwarz. Die Interieurfarbe war Schwarz.
Im Sommer 2005 ergänzte Mercedes-Benz die Modellpalette der C-Klasse durch vier weitere Typen: Die beiden mit V6-Ottomotoren ausgerüsteten C 230 (150 kW/204 PS) und C 280 (170 kW/ 231 PS) ersetzten die Vorgängermodelle C 240 und C 230 KOMPRESSOR. Neu in der C-Klasse waren außerdem die Varianten C 280 4MATIC und C 350 4MATIC mit dem permanenten Allradantrieb 4MATIC, die im Vergleich zu den Vorgängermodellen bis zu 45 kW (61 PS) mehr Leistung boten.
Im Herbst 2007, sechseinhalb Jahre nach ihrer Markteinführung und drei Jahre nach dem Start der modellgepflegten Variante, kam es bei den T-Modellen der C-Klasse zum Generationswechsel. Nach 373 873 gebauten Exemplaren wurde die Kombiversion der Baureihe 203 von den vollkommen neu entwickelten T-Modellen der Baureihe 204 abgelöst. Die mit 80 783 Fahrzeugen erfolgreichste Variante des S 203 war das C 220 CDI T-Modell in der seit 2003 produzierten Ausführung mit dem Motor OM 646 gewesen.