Die hohen Leistungsreserven ermöglichen nicht nur eindrucksvolle Sprints, sondern garantieren auch im Zusammenspiel mit der serienmäßigen, siebenstufigen Automatik 7G-TRONIC ein entspanntes Fahren in hohen Fahrstufen und damit geringe Verbrauchswerte. Bei besonders sparsamer Fahrweise konsumiert der Selbstzünder nur 9,1 Liter Diesel je hundert Kilometer, der Durchschnittsverbrauch liegt bei moderaten 11,1 l/100 km. Aus den günstigen Verbrauchswerten resultiert eine stattliche Reichweite: Der ML 420 CDI kann bei einem Tankvolumen von 95 Litern ohne Tankstopp knapp 900 Kilometer bewältigen. Auch dieses Modell unterbietet die EU-4-Limits und arbeitet mit einem wartungsfreien Dieselpartikelfilter, der die geringen Rohemissionen um weitere 99 Prozent reduziert.

Die Leistungssteigerung des neuen V8-Dieseltriebwerks ermöglichten vor allem die Common-Rail-Hochdruckeinspritzung der dritten Generation mit maximal 1600 bar Einspritzdruck und die Anhebung des Zünddrucks auf 175 bar. Optimierte Strömungsverhältnisse verbessern zudem die Ladungswechsel, die beiden neu entwickelten Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie arbeiten noch effektiver. Mit bis zu fünf Dieselinjektionen je Einspritzvorgang, speziellen Lochdüsen, neuartigen Piezo-Injektoren mit präziseren Einspritzzeiten und einer überarbeiteten Abgasrückführung konnten die Emissionen entscheidend verbessert werden. Die Geräuschentwicklung reduzierten die Motorenentwickler mit einem optimierten Kettentrieb, einem steifen Kurbelgehäuse mit groß dimensionierten Motorlagern und zusätzlichen Akustikabdeckungen. Das quadratische Bohrung-/Hub-Verhältnis und eine gegenläufige Ausgleichswelle sorgen für eine hohe Laufruhe.