Na pohon všetkých troch modelov slúži naftový šesťvalec s objemom 2,99 litra a výkonom 155 kW (210 k). Jeho maximálny krútiaci moment má hodnotu 540 Nm a agregát ho dosahuje v rozsahu 1600 až 2400 otáčok. Vo všetkých modeloch sa kombinuje výlučne so sedemstupňovou automatickou prevodovkou 7G-TRONIC.
Modely ML, GL a R s označením 320 BlueTEC sú zatiaľ k dispozícii len v USA, kde spĺňajú celosvetovo najprísnejšiu emisnú normu Bin 5. Motory BlueTEC využívajú technológiu vstrekovania močoviny AdBlue do výfukového potrubia. Tam sa močovina rozloží na amoniak a vodu. Močovina sa následne pri teplote 170 stupňov Celzia zmení na účinný amoniak, ktorý dokáže v katalyzátore premeniť až 80 percent oxidov dusíka vo výfukových plynoch na neškodný dusík.