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El 9 de mayo de 1937, el Mercedes-Benz W 125 de 750 kilogramos celebró su debut en carreras con una victoria en el Gran Premio de Trípoli. Tras este triunfo pasó a dominar toda la temporada – sin embargo, sería su única temporada. Esto fue porque 1937 fue la última temporada en la que el límite de 750 kilogramos de peso fue la fórmula aplicada para el Campeonato de Grand Prix de Europa. Los pilotos del equipo de carreras de Stuttgart ganaron cuatro de las cinco carreras que contaron para el Campeonato en el W 125. Esto incluyó dos 1-2-3 y dos 1-2. Al final de la temporada, Rudolf Caracciola fue coronado Campeón de Europa por segunda vez. El W 125 también acumuló algunos grandes éxitos en otras carreras.

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El objetivo era muy ambicioso: producir un nuevo coche de carreras Mercedes-Benz en pocos meses a tiempo para el Gran Premio de Europa de 1937. Esta fue la tarea que el joven ingeniero Rudolf Uhlenhaut, director técnico del recién creado departamento de carreras de la marca Stuttgart, estableció su equipo de ingenieros de diseño en el verano de 1936.

Fue necesario porque las primeros y legendarios Mercedes-Benz W 25, ya no podían competir con los autos de carreras de la Auto Union, sus rivales más feroces. Era bastante claro lo que el nuevo corredor, llamado el W 125, necesitaba: un marco más resistente a la torsión, diferente configuración de la suspensión, un motor más potente, además de otras modificaciones.

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En agosto de 1936, los ingenieros de diseño se pusieron a trabajar en el desarrollo del coche de carreras, que competiría en 1937. El concepto establecido del primer coche de la flecha de plata necesitó ser repensado completamente. El 9 de septiembre de 1936, Josef Müller ya tenía preparado un diseño general que incluía todas las características del coche final. La distancia entre ejes se extendió de 2505 a 2798 milímetros, y el montaje de tubos ovalados como miembros longitudinales y tubos circulares como elementos transversales aumentó la rigidez de torsión del marco en un factor de 2,65 en comparación con el W 25. La suspensión con muelle suave y fuerte amortiguación fue nada menos que revolucionario. Los desarrolladores del W 125 lograron esto utilizando una suspensión delantera trapezoidal con muelles helicoidales y una suspensión trasera con reducción del centro del rodamiento. El recorrido del muelle delantero y trasero creció significativamente, con un aumento de 50 milímetros en el eje delantero a 140 milímetros. La aerodinámica del cuerpo con sus tres aberturas de refrigeración distintivas en el extremo delantero también se mejoraron, bajando la cifra de Cd de 0.620 a 0.589.

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Para 1937 sería la última temporada en la que el límite de peso de 750 kilogramos era la fórmula aplicada – en 1938 se introdujo una nueva fórmula basada en el desplazamiento del motor. Esto significaba que ya no sería posible usar la nueva unidad de potencia en el evento más elite de carreras de automovilismo. Pero todos los involucrados, desde la dirección de la empresa hacia abajo, dieron su respaldo total al plan. Con el diseñador del motor Georg Scheerer supervisando el desarrollo, el resultado fue el M 125 – un motor de ocho cilindros en línea con sobrealimentador y un desplazamiento de 5660 centímetros cúbicos. En las carreras celebradas durante la temporada 1937, el W 125 alcanzó velocidades superiores a los 300 km / h. En el proceso, su motor generó entre 556 hp y 585 hp, mientras que en el banco de pruebas, la producción fue aún más alta con 646 hp.

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El primero de un total de once W 125 coches se terminaron en febrero de 1937 y se sometió a las pruebas iniciales en Monza con Rudolf Caracciola y Hermann Lang al volante. Hizo su debut en carreras a principios de mayo en el Gran Premio de Trípoli, que Lang rápidamente ganó. Durante el resto de la temporada de 1937, la nueva Flecha de Plata triunfó sobre sus rivales exactamente como se esperaba.  En el Gran Premio de Alemania el 25 de julio (Rudolf Caracciola seguido por Manfred von Brauchitsch) y en el Gran Premio de Italia el 12 de septiembre (Caracciola seguido por Hermann Lang). El 8 de agosto, el Mercedes-Benz consiguió un buen podio en el Gran Premio de Mónaco (von Brauchitsch seguido por Caracciola y Christian Kautz) y en el Gran Premio de Suiza (Caracciola, seguido por Lang y von Brauchitsch). Al final de la temporada, Rudolf Caracciola fue coronado Campeón Europeo de Grand Prix por segunda vez tras su triunfo en 1935. Y Caracciola recogería su tercer título el año siguiente en otro coche de carreras desarrollado completamente desde cero, el W-154 de 3 litros.

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El W 125 también fue utilizado por Mercedes-Benz para intentar batir algunos récords. El 28 de enero de 1938, Rudolf Caracciola mejoró varios récords internacionales de velocidad de Clase B en un W 125 con revestimiento completo. El coche fue propulsado por un motor de 736 hp y 5.6 litros de doce cilindros. Caracciola cubrió la marca del kilómetro a una velocidad de 432.7 km/h y una milla con velocidad de 432.4 km/h. Estas marcas todavía se mantienen hoy como las velocidades más altas alcanzadas durante un intento de batir récords en un camino público.

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