Vier Jahre nach der Präsentation der SEC-Coupés kam ein umfangreiches Modellpflegepaket zum Einsatz, so dass im September 1985, wiederum auf der IAA in Frankfurt, ein komplett überarbeitetes Typenprogramm der S-Klasse Limousinen und Coupés vorgestellt wurde. Neben einem dezenten Facelifting, das primär die Stoßfänger, den Flankenschutz und die Räder betraf, stand vor allem eine Umstrukturierung der Motorenpalette im Vordergrund.
Neu im Programm war ein 4,2-l-V8-Motor, der durch Aufbohren des 3,8-l-Aggregats entstanden war und dieses nun nicht nur im SEC-Coupé, sondern auch in der S-Klasse-Limousine und im SL ablöste. Den 5,0-l-Motor hatte man ebenfalls modifiziert; er war jetzt mit elektronischer Zündanlage und der elektronisch-mechanisch gesteuerten Einspritzanlage Bosch KE-Jetronic ausgerüstet und entwickelte eine Leistung von 245 PS.
Die spektakulärste Neuheit in der Motorenpalette stellte ein 5,6-l-Achtzylinder dar, der aus dem 5,0-l-V8 durch Verlängerung des Hubs entwickelt worden war und eine Leistung von 272 PS mobilisierte. Auf Wunsch gab es sogar noch eine höherverdichtete Ausführung, die stolze 300 PS entfaltete, jedoch nicht mit einer geregelten Abgasreinigungsanlage kombiniert werden konnte. Aber auch ohne Katalysator erfüllte diese sogenannte "ECE-Version" die von der Europäischen Wirtschaftskommission ECE festgelegten Abgasgrenzwerte. Die mit dieser Motor-Variante ausgerüsteten Typen 560 SEC und 560 SEL waren zum Zeitpunkt ihres Erscheinens die leistungsstärksten bis dahin gebauten Mercedes-Benz Serien-Pkws.
Für alle Varianten der überarbeiteten Modellpalette mit Ausnahme der Typen 560 SEC und 560 SEL in ECE-Version stand auf Wunsch eine geregelte Abgasreinigungsanlage mit Dreiwege-Katalysator zur Verfügung. Serienausführung war jeweils die sogenannte "RÜF-Version", bei der das Fahrzeug ohne Katalysator und Lambdasonde, aber mit dem multifunktionalen Gemischaufbereitungs- und Zündsystem ausgeliefert wurde. Eine Nachrüstung mit dem geregelten Katalysator konnte bei einem "Rückrüstfahrzeug" jederzeit und ohne Probleme vorgenommen werden. Diese Regelung gestattete dem Kunden größtmögliche Flexibilität, den Zeitpunkt der Umrüstung betreffend - in Anbetracht der zunächst noch nicht flächendeckenden Versorgung mit bleifreiem Kraftstoff ein nicht unerheblicher Vorteil. Ab September 1986 gehörte der geregelte Katalysator bei allen Mercedes-Benz Pkw-Modellen mit Otto-Motor zur Serienausstattung; die Rückrüstfahrzeuge waren - mit entsprechendem Preisabschlag - bis August 1989 auf Wunsch weiterhin lieferbar.
Am Fahrwerk der modellgepflegten Typen waren erwartungsgemäß keine grundlegenden Änderungen zu verzeichnen. Allerdings hatte man einige Details der Hinterachskonstruktion modifiziert, um Fahrkomfort und Laufruhe weiter zu verbessern. Außerdem waren alle Coupés und Limousinen der Baureihe 126 nun mit 15 Zoll-Rädern und dementsprechend größeren Bremsen ausgerüstet. Das Design der auf Wunsch lieferbaren Leichtmetallräder, die nur beim 560 SEC und 560 SEL zur Serienausstattung gehörten, hatte man aktualisiert und der Kompaktklasse- und Mittelklasse-Baureihe angepaßt.
Die übrigen stilistischen Änderungen, die den verbesserten Modellen der Baureihe 126 zuteil geworden waren, hatten nicht nur der Aktualisierung des Designs gedient, sondern waren auch aus handfesten technischen Gründen erfolgt. Durch tiefer herabgezogene Schürzen konnte der Auftrieb vorn weiter verringert und die Luftabströmung hinten verbessert werden. Dadurch gelang es, die Fahrstabilität bei schneller Fahrweise nochmals zu erhöhen, ein Aspekt, der vor allem im Hinblick auf die Fahrleistungen der neuen Topmodelle 560 SEC und 560 SEL von Bedeutung war.
Die seitlichen Schutzleisten waren nun glattflächig gestaltet und nicht mehr wie bisher mit Rillen versehen; wie das Stoßfängersystem reichten sie jetzt weiter herab und umfaßten zusätzliche Längsträger-Verkleidungen. Da die 5,6-l-Typen im Unterschied zu ihren weniger leistungsstarken Schwestermodellen serienmäßig mit breiteren Reifen der Dimension 215/65 VR 15 ausgerüstet wurden, hatte man Bugschürze und Kotflügelwulst in der Form geändert, um an den Vorderrädern den nötigen seitlichen Freigang zu erzielen.
Im September 1987 wurden leistungsgesteigerte Varianten aller V8-Motoren eingeführt. Die Verdichtung hatte man in allen Fällen auf 10 erhöht, und mit flankierenden Maßnahmen konnte die Leistung je nach Modell um 6 bis 10 % gesteigert werden. Noch deutlicher fiel der Effekt bei den katalysatorbestückten Varianten aus; durch Optimierung der Abgasreinigungsanlage war es gelungen, die vom Katalysator verursachten Leistungsverluste deutlich zu reduzieren. Die ECE-Version des 5,6-l-V8 konnte ersatzlos entfallen, nachdem die RÜF-Ausführung infolge der Leistungskur nun auch 300 PS mobilisierte.
Im September/Oktober 1991, fast genau zehn Jahre nach Markteinführung der SEC-Coupés, wurde die Produktion eingestellt. Die Gesamtstückzahl von 74.060 gebauten Exemplaren vermittelt einen Eindruck von dem hohen Beliebtheitsgrad der Modellfamilie; gegenüber den Vorgängermodellen der SLC-Typenreihe bedeutete dies ein Plus von mehr als 11.000 Fahrzeugen, und dies, obwohl ein preisgünstiges Einsteigermodell analog zum 280 SLC nicht mehr angeboten wurde. Die deutlich seltenste Variante stellte der 420 SEC mit nur 3.680 Einheiten dar.
