Auf dem Mitte März 1999 veranstalteten Genfer Automobilsalon wurden die Großraumlimousinen der V-Klasse erstmalig dem Publikum in aktualisierter Form präsentiert. Noch im gleichen Monat erfolgte der Marktstart. Die Fahrzeuge der Baureihe 638 waren insbesondere antriebseitig umfassend modernisiert worden, setzten aber auch im äußeren Erscheinungsbild, der Interieurgestaltung sowie in puncto Ausstattung neue Akzente.
Das Exterieur der V-Klasse profitierte bei der Modellpflege von wenigen, aber gezielten Änderungen. Auf Anhieb fielen der neugestaltete Kühlergrill mit vier in Wagenfarbe gehaltenen Lamellen sowie die ebenfalls in Wagenfarbe lackierten Seitenschweller, Stoßfänger und Türgriffe auf. Außerdem zählten unter anderem die obligatorische dritte Bremsleuchte, eine in die Fensterschacht-Abdeckung integrierte, schwarz eloxierte Metallschiene sowie eine erneuerte Palette an lieferbaren Lackfarben zu den optischen Auffrischungen.
Deutlich umfangreicher waren die Aufwertungen im Innenraum der Großraumlimousine ausgefallen. Zwar hatte man die drei unterschiedlich zugeschnittenen Design- und Ausstattungslines TREND, FASHION und AMBIENTE beibehalten, doch warteten sie nun mit einem erkennbaren Mehr an Eleganz, vor allem aber mit einer deutlich gesteigerten Wertanmutung und Qualität auf. Zu den im Rahmen der Modellpflege durchgeführten Maßnahmen gehörten in diesem Zusammenhang beispielsweise neue Sitzbezugstoffe für die Lines TREND und FASHION sowie für Letztere neue Dekorleisten im Carbondesign an der Armaturentafel, die bei der Spitzenausstattung AMBIENTE in Wurzelnussoptik ausgeführt waren; außerdem waren höherwertige Innenverkleidungen samt geänderten, verchromten Innentürgriffen spezifiziert worden.
Darüber hinaus gab es zahlreiche weitere Modifikationen. Dazu zählten etwa eine umfangreichere Verstellmöglichkeit am Fahrersitz, eine neue Dachbedieneinheit mit geänderter Innenleuchte sowie eine neue Multifunktionseinheit im Fond, unter anderem mit Getränkehalter und Aschenbecher. Auch viele andere Bedienelemente, beispielsweise die der elektrischen Fensterheber und der Heizungs- und Lüftungsanlage, zeigten sich in verbesserter Ausführung.
Deutlich erweitert worden war zudem die Liste der Sonderausstattungen. Verfügbar war nun unter anderem ein Navigationssystem, die Einparkhilfe Parktronic, dunkel getönte Seitenscheiben im Fond, einklappbare Außenspiegel sowie eine Einbruch- und Diebstahl-Warnanlage. Ein Highlight bei geschäftlicher Nutzung der Großraumlimousine war die als Original-Zubehör lieferbare Business-Konsole. Diese war im Fond untergebracht, konnte flexibel ein- und ausgebaut werden und umfasste eine Docking-Station für ein IBM-Notebook, einen Drucker sowie ein Festeinbau-Telefon mit Faxmöglichkeit und eine Leseleuchte.
Weiter im Angebot blieb auch nach der Modellpflege das seit 1996 erfolgreich am Markt etablierte Reisemobil Marco Polo, das unverändert nicht als V-Klasse, sondern als Mercedes-Benz Vito vertrieben wurde und nach wie vor auch dessen Modellbezeichnungen übernahm.
Eindeutig im Mittelpunkt der V-Klasse Modellpflege stand eine zum Teil grundlegende Modernisierung der Antriebsaggregate, die auch zu einer weitgehenden Harmonisierung mit der für den Vito Marco Polo verfügbaren Motorisierungsauswahl führte. Dies betraf insbesondere den Selbstzünder-Bereich, bei dem eine komplett neue, zwei Jahre zuvor erstmals in der Mercedes-Benz C-Klasse (Baureihe 202) eingesetzte Triebwerksgeneration Einzug hielt. Bei der hochmodernen Konstruktion, die der Motorenbaureihe OM 611 angehörte, handelte es sich um einen mit Vierventiltechnik, zwei obenliegenden Nockenwellen und Common-Rail-Direkteinspritzung ausgestatteten Vierzylinder. In der Großraumlimousine wurde der deutlich leistungsfähigere und effizientere Selbstzünder in zwei Leistungsstufen angeboten: Im V 200 CDI lieferte der – wie sein Vorgänger – mit Turboaufladung und Ladeluftkühlung versehene, knapp 2,2 Liter Hubraum aufweisende Motor 75 kW/102 PS und mobilisierte ein Drehmoment von 250 Nm, das zwischen 1600 und 2400/min abrufbar war. Das bisherige Angebot an Dieselversionen verbreiterte der darüber positionierte V 220 CDI, bei dem das gleiche Triebwerk auf eine Leistung von 90 kW/122 PS justiert war und mit einem Drehmomentmaximum von 300 Nm hohe Durchzugskraft bereitstellte.
Auch in der V-Klasse brachten die neuen CDI-Triebwerke ihre bahnbrechenden Vorzüge zur Geltung. Dazu zählten vor allem eine souveräne Leistungsentfaltung, eine wesentlich größere Laufruhe sowie der gegenüber ihren Vorgängern nochmals reduzierte Kraftstoffkonsum. Als durchschnittliche Normverbräuche standen sowohl für V 200 CDI wie für V 220 CDI, jeweils in handgeschalteter Ausführung, 8,0 Liter pro 100 Kilometer zu Buche.
Bei der Modellpflege profitierten aber ebenso die Benzinmodelle V 230 und V 200 – Letzterer blieb nach wie vor den Exportmärkten Italien, Griechenland und Portugal vorbehalten – von einer signifikanten Überarbeitung. Zwar kamen nach wie vor die Vierzylinder der Motorenfamilie M 111 zum Einsatz, doch waren sie nun unter anderem durch eine kennfeldgesteuerte Verstellung der Einlassnockenwelle, ein elektronisches Motormanagement mit Antiklopfregelung sowie eine sequenzielle Benzineinspritzung in zentralen Technikbereichen umfassend modernisiert worden. Während sich die getroffenen Maßnahmen nicht auf die Motorleistung auswirkten, war aber dennoch ein leicht erhöhter Drehmomentbestwert zu verzeichnen: Statt, wie zuvor, 210 Nm stellte der Vierzylinder im V 230 nun 215 Nm bereit, die zudem in einem jetzt von 3500/min bis 4500/min reichenden Drehzahlfenster verfügbar waren. Die veränderten Kennwerte resultierten in einer größeren Motorelastizität und sorgten insbesondere für agilere Anfahrmanöver.
Der im unverändert als Topmodell fungierenden V 280 verwendete, aus dem Fundus von Volkswagen stammende Sechszylinder-VR-Triebwerk blieb von jeglichen technischen Eingriffen ausgenommen und verblieb auf dem deutschen Markt nur noch für eine begrenzte Zeit im Angebotsprogramm.
Teilweise weiterentwickelt präsentierte sich bei den Otto- und Diesel-motorisierten Vierzylindern auch die Kraftübertragung. So war die 4-Gang-Automatik an die Anforderungen des erhöhten Drehmomentniveaus angepasst worden und hatte darüber hinaus – nur in Verbindung mit den neuen CDI-Motoren – ein dynamisches Schaltprogramm (DSP) erhalten. Bei diesem errechnete die elektronische Getriebesteuerung unter Zuhilfenahme verschiedener Kennwerte, wie beispielsweise Fahrpedalstellung, Steigung/Gefälle, Fahrzeugauslastung oder Anhängerbetrieb, die jeweils optimalen Schaltpunkte.
Die mit der Markteinführung der aktualisierten V-Klasse Modelle gültigen Brutto-Listenpreise zeigten sich angesichts der tiefgreifenden Überarbeitung nur maßvoll angepasst und reichten von 56.921,20 DM, die für das Einstiegsmodell V 200 CDI mit Schaltgetriebe angelegt werden mussten, bis zu 68.834,40 DM, mit denen ein V 280 in Rechnung gestellt wurde.
Im weiteren Verlauf des zweiten Fertigungszyklus, der bis zum endgültigen Produktionsstopp der Baureihe 638 im Sommer 2003 vonstattenging, kam es nur zu einigen wenigen Modifikationen an der Grundspezifikation der Großraumlimousine. Die bemerkenswerteste wurde im Herbst 2010 vorgenommen und betraf die variablen Einzelsitze im Fond, die in Stil und Technik weiterentwickelt worden waren und nun bei deutlich reduziertem Gewicht noch mehr Komfort und Sicherheit boten.
Durch Verwendung der Leichtbauwerkstoffe Magnesium und Aluminium für die Sitzstruktur sowie an den Rückenlehnen ergab sich im Vergleich zu den bisherigen Fondsitzen eine Gewichtsersparnis von rund 25 %. Die nun in mehreren Neigungswinkeln einstellbaren Sitzlehnen offerierten ein Plus an Komfort, während die neu entwickelten Kopfstützen im Zusammenwirken mit den unverändert in die Sitze integrierten Dreipunkt-Automatikgurten in weiter verbessertem Insassenschutz resultierten.
Dass die Lancierung der Baureihe 638, die neben der V-Klasse auch den als leichtes Nutzfahrzeug klassifizierten, aber weitestgehend identisch spezifizierten Vito umfasste, als Erfolg zu bezeichnen war, bewies im Sommer 2001 das Erreichen der Schwelle von 400.000 produzierten Einheiten. Daran hatte die Großraumlimousine aber nur einen Anteil von gut 15 % - die restlichen Fahrzeuge bewährten sich in Kundenhand als nutzwertorientierte und robuste Leichttransporter.
Über den gesamten Bauzeitraum hinweg verließen insgesamt gut 85.000 V-Klasse Modelle die spanische Produktionsstätte im baskischen Vitoria-Gasteiz. Als mit Abstand nachgefragteste Version erwies sich dabei der erst nach der Modellpflege eingeführte V 220 CDI mit seinem modernen Common-Rail-Diesel, von dem allein mehr als 36.000 Einheiten gebaut wurden. Dagegen verlor der Vierzylinder-Benziner V 230, verglichen mit dem ersten Fertigungszyklus, nach der Modellpflege stark an Zuspruch und musste eine auf rund 7.800 Fahrzeuge nahezu halbierte Produktionszahl hinnehmen. Für die Topausführung der V-Klasse Palette, den V 280, konnte jedoch eine bis zum Fertigungsende auf knapp 5.000 Einheiten fast verdoppelte Stückzahl verzeichnet werden.
Nachdem sich die Baureihe W 638 alles in allem vielversprechend am Markt etabliert hatte, wurde noch 2003 das konzeptionell, technisch und optisch komplett neu ausgerichtete Nachfolgemodell der Baureihe 639 eingeführt. Die neue Generation der Leichttransporter-Version wurde dabei wiederum als Vito bezeichnet, während die Großraumlimousine nun unter dem Namen Viano angeboten wurde.
