Pari vuotta aikaisemmin esitellyn 700-sarjan menestyksen innoittamana tehtiin uudesta 500-sarjasta kuin 700-sarjan pienennetty versio. Uusi 500-sarja (E34) tuli markkinoille tammikuussa 1988. Se oli selvästi nuorekkaampi auto kuin edeltävät 500-sarjat, joiden ostajakunnan keski-ikä oli ollut varsin korkea. Uuden 500-sarjan mallit olivat 520i (129 hv), 525i (170 hv), 530i (188 hv), 535i (211 hv) ja 524td (115 hv). Mallimuutoksessa 500-sarja kasvoi merkittävästi. Akseliväli piteni 13 senttiä ja painoa tuli yli 200 kg lisää. Sisätilat olivat selvästi entistä suuremmat ja ajo-ominaisuudet huippuluokkaa. 

Keväällä 1989 saatiin valmiiksi uuden sukupolven M5. Siinä oli 315 hevosvoimainen 3535 cm3:n neliventtiilimoottori. Huippunopeus oli rajoitettu saksalaisvalmistajien tekemän sopimuksen mukaisesti 250 km/h:iin. Muutamissa maissa tuotiin markkinoille 518i vuoden 1989 lopulla. Siinä oli 113 hevosvoimainen M40-moottori. 

Vuoden 1990 alussa esiteltiin 24-venttiiliset moottorit malleihin 520i ja 525i. Näissä moottoreissa uutta oli myös suorasytytysjärjestelmä. Uudistukset eivät kuitenkaan poistaneet erityisesti 520i:tä vaivaavaa ongelmaa: lyhytiskuinen moottori oli voimaton alakierroksilla.

Syksyn 1991 uusia versioita olivat 525tds, 525iX sekä touring-farmarimallit. Sekä touring että neliveto olivat ensimmäistä kertaa tarjolla 500-sarjassa. Touring sopi hyvin mallisarjan imagoon ja sen osuus nousi neljännekseen malliston myynnistä. 143-hevosvoimainen 525tds oli puolestaan ensimmäinen suorituskyvyltään BMW:n maineen veroinen diesel 500-sarjassa. 

Keväällä 1992 M5:n moottori kasvoi 3,8-litraiseksi (340 hv). Syksyllä 1992 esiteltiin 500- ja 700-sarjoihin BMW:n ensimmäiset V8-moottorit vuosikymmeniin. 530i oli teholtaan 218 hevosvoimaa ja 540i 286 hevosvoimaa.

500-sarja pääsi eroon vanhahtavasta maineestaan ja myynti kasvoi lähes kaksinkertaiseksi vuodesta 1987 vuoteen 1988. 500-sarjan vahvuuksia olivat hyvät ajo-ominaisuudet varsinkin asfaltilla, huolellisesti harkitut yksityiskohdat, alhainen melutaso ja mukava jousitus. Sisätilat eivät olleet edelleenkään taksiluokkaa, mutta riittävät useimmille asiakkaille.