Réalisée en trois mois par une équipe dirigée par Mauro Forghieri, la 512 S a monté un V12 tout alliage de près de cinq litres avec quatre soupapes par cylindre. La structure tubulaire a été développée à partir du P4 et du 612, tandis que la carrosserie a été conçue par Giacomo Caliri et réalisée en polycarbonate pour un poids léger.
Construite à la fois comme berlinette et comme araignée, la 512 S a participé au Championnat du Monde Constructeurs en 1970 et 1971, remportant des victoires à Sebring et Kyalami.
Dans le but de produire la voiture de sport la plus compétitive possible, Ferrari a sauté d'une catégorie à l'autre après les changements de règles de 1968 par l'instance dirigeante du sport. Les prototypes ont été limités par une limite de déplacement de trois litres et une nouvelle catégorie de voitures GT de série limitée d'une cylindrée maximale de cinq litres a été créée. Pour être homologué pour la classe GT, au moins 50 exemplaires devaient être construits, mais à partir de 1969, ce nombre a été réduit à 25. Avec le moteur V12 de Formule 1 de trois litres disponible, le choix de Ferrari de produire un prototype de voiture de course était tout à fait compréhensible.
La nouvelle 312 P était prête pour l'ouverture de la saison 1969 à Daytona, où elle a décroché la pole position et terminé première de sa catégorie. Bien que la 312 P se soit révélée rapide dès sa sortie de boîte, elle a été abandonnée après que Porsche eut lancé la 917 au Mans en juin de la même année. Rapide aux essais, la 917 s'est avérée terriblement sous-développée avec des conséquences fatales sur le premier tour de la course. Le rythme de la 917 a cependant convaincu Ferrari de construire son propre bolide GT.
Contrairement à Porsche, dont le moteur 917 initial a déplacé environ 4,5 litres, Ferrari a décidé d'exploiter au maximum les règles et a commencé à travailler sur un tout nouveau moteur 5 litres au milieu de 1969. Avec quatre soupapes par cylindre, quatre cames quadruple et un système d'injection Lucas, le nouveau moteur Type 261 a suivi de près la conception des moteurs de Formule 1 de l'équipe. Pour des raisons de fiabilité, le moteur n'était pas aussi bien réglé que celui de la F1, mais avec 550 ch disponibles, il n'était pas lâche. Des modifications ont été apportées au moteur et à la fin de sa carrière, il a produit bien au-delà de 600 ch.
Le châssis était composé d'une partie avant en aluminium et d'un sous-châssis arrière pour supporter le moteur et la suspension arrière. Il s'agissait essentiellement d'un développement du châssis de la 312 P, avec des modifications apportées pour porter le plus gros moteur et se qualifier pour la catégorie GT. Les exigences GT comprenaient l'ajout d'une roue de secours et d'un pare-brise différent. La forme ronde du corps en fibre de verre rappelle celle de la 312 qu'il remplace. A ses débuts, l'emballage pesait 880 kg, soit nettement plus que son rival de Stuttgart, plus puissant et refroidi à l'air.
Le mauvais temps a poursuivi les essais de la nouvelle 512 S tout au long de l'hiver, l'équipe ayant rarement trouvé un morceau de piste sèche. Les essais étaient plus importants que jamais, car l'écart de développement semestriel avec Porsche devait être comblé avant le début de la saison des 24 Heures de Daytona en janvier 1970. Lorsque Mario Andretti a piloté le premier morceau de piste sèche lors de la semaine d'essais de Daytona, il a réalisé un temps inférieur à une seconde à la dérive des Porsche. La vitesse était clairement là, il ne restait plus qu'un problème : l'homologation. Le matin de la date limite, Ferrari a présenté 17 exemples complets et des pièces pour les 8 voitures restantes.
Cinq heures après l'inspection d'homologation, cinq voitures étaient en route pour Daytona. Lors des qualifications face à face, la 512 S et la 917 ont été perturbées par des conditions météorologiques défavorables. Andretti a profité de la situation et a placé sa 512 S en pole position lors de sa première course, tout comme la 312 P de l'année précédente. Les cinq Ferrari engagées ont toutes souffert de problèmes tout au long de la course et seule la voiture Andretti a réussi à terminer, dans une cinquième position raisonnable. L'échec d'une suspension l'avait ramené d'une deuxième place apparemment sûre. Roulé prudemment autour de la piste, il a été doublé par l'un des 917 dans l'avant-dernier tour.
Ferrari en a probablement appris plus sur la 512 lors de ces 24 Heures à Daytona qu'au cours des deux mois d'essais précédents. La Ferrari a presque rattrapé ce qui lui manquait dans le domaine de la puissance et du poids. L'amélioration de l'aérodynamique et de la consommation de carburant figurait également sur la liste des tâches du concepteur Forghieri. Une version spyder ouverte, rasée à environ 25 kg, n'a pas été préférée par tous les pilotes, surtout par temps de pluie. De petites lèvres ont été ajoutées de chaque côté du nez pour augmenter l'appui vers le bas. L'amélioration de l'injection de carburant a permis au moteur V12 d'atteindre la puissance et l'efficacité énergétique de Porsche.
Quatre 512 révisées ont affronté quatre 917 pour la prochaine course du championnat à Sebring. Trois des quatre Ferrari étaient dotées d'une carrosserie en spyder, la voiture de finition Daytona étant toujours dans sa configuration initiale. Montrant une fois de plus son talent, Andretti a qualifié sa 512 S en pole position, suivie par les sept autres GT-cars. Dès le départ, Andretti mène le peloton, pour être doublé par trois des Porsche lors d'un arrêt au stand. Cela s'est avéré de courte durée puisque les trois Porsche ont été rattrapées après avoir souffert de divers problèmes, laissant les quatre Ferrari en tête de la course. Après quelques changements de tête supplémentaires, Andretti a réussi à dépasser l'une des 917 et la Porsche 908 de tête, pour enregistrer la première victoire de la 512.
Le championnat s'est maintenant déplacé en Europe pour cinq autres courses avant l'apogée de la saison, les 24 Heures du Mans. Forghieri était enthousiaste à l'idée de poursuivre le développement de la voiture, mais il était limité en raison des restrictions d'homologation. La fiabilité était incroyable dans ces cinq courses, avec un seul abandon en 17 départs. Malheureusement, aucune des arrivées n'a donné lieu à des victoires, mais il y a quand même eu des podiums, y compris un résultat de 2-3-4 derrière un seul 917 aux 1000 km de Monza. La tenue de route de la 512 a été soulignée par une troisième place à la Targa Florio, une piste qui a favorisé les prototypes agile de 3 litres.
Le Mans a été la course la plus importante de la saison pour Porsche. Une victoire au Mans achèverait un effort de course ardu de 20 ans. Plus que sur toute autre piste, la vitesse de pointe de la voiture au Mans est cruciale. Ferrari et Porsche ont toutes deux produit des versions spéciales à queue longue qui ont créé moins d'appuis vers le bas, mais qui, à leur tour, ont donné moins de traînée pour des vitesses de pointe plus élevées. Ferrari a aligné quatre pilotes d'usine, mais l'équipe JWA (Gulf) de Porsche était réticente à passer à la variante à longue traîne à cause d'accidents de test. Encore une fois, les Ferrari étaient beaucoup plus lourdes que les 917 ordinaires et les 917 à queue longue.
Les qualifications ont montré que les 512 S' 100 kilos supplémentaires n'étaient pas un véritable handicap puisque Vacarella a enregistré un chrono de seulement 0,3s derrière le pole Elford dans sa 917 à queue longue. L'arrivée avait été le point fort de Ferrari tout au long de la saison européenne, mais elle s'est arrêtée assez brutalement au Mans. La voiture de Vacarella n'a duré que 30 minutes. Lorsque la pluie a commencé à lisser la voie peu de temps après, deux des wagons de travaux restants ont été victimes d'un accident de voiture multiple. Jackie Ickx a pris la tête dans le reste des travaux 512 S, mais vers 2 heures du matin, il a heurté une flaque d'eau et s'est écrasé, tuant un marshal dans le processus. Porsche a finalement gagné son Le Mans. Le Mans 1970 fut la seule course de la course où les Ferrari et Porsche d'usine luttaient pour la victoire, la fin et le début de deux époques.
Maintenant, avec le stress du Mans derrière eux, l'équipe de développement dirigée par Forghieri a commencé à travailler sur une version allégée et plus puissante de la 512 S. Doublée 512 M (pour Modificato ou Modified), la voiture révisée produit désormais 620 ch et pèse seulement 815 kg, contre 856 kg pour la 512 S Spyder. Un nez " plus pointu " en forme de coin a été installé et une grande boîte à air a été montée sur le dessus du moteur pour forcer l'air dans les tubulures d'admission. D'autres modifications ont été apportées à la carrosserie arrière et l'option Spyder n'était plus disponible. Le package 'M' était loin d'être bon marché, mais environ 15 des 25 512 ont été mis à jour.
Le prototype de la 512 M a fait ses débuts lors de la course finale du championnat 1970 en Autriche. Tout au long de la qualification, la voiture conduite par Ickx/Giunti a souffert de problèmes d'alimentation en carburant, mais a tout de même égalé la plupart des 917. Avec des réservoirs pleins et des problèmes d'alimentation en carburant réduits, Ickx a battu la 917 dans les premiers tours de la course. Il a continué à battre le record du tour et a finalement battu son propre record du tour de Formule 1 établi deux mois plus tôt. Pour la première fois cette saison-là, les Porsche sont devancées et de loin. Malheureusement, les problèmes d'alternateur ont mis fin à la course pour Ickx et Giunti, mais ils avaient clairement prouvé que l'écart de développement était finalement comblé.
Ickx et Giunti ont pris la 512 M jusqu'à Kyalami pour une course de 1000 km sans championnat. La seule autre voiture d'usine était la Porsche 917K, pilotée par le nouveau champion du monde Siffert et dauphin d'Ahrens. La domination de la 512 M était incroyable, prenant facilement la pole position de la meilleure voiture que Porsche avait à offrir. Une pénalité d'une minute pour un faux départ n'a pas découragé l'équipe et après 1000 km Ickx et Giunti ont franchi la ligne d'arrivée, deux tours devant la Porsche.
La saison 1971 s'annonce très prometteuse pour l'équipe de Maranello. Ferrari avait des projets très différents pour cette année-là et a décidé de se concentrer à nouveau sur un programme prototype de 3 litres. La plupart des manches du championnat du monde ont favorisé les plus petits prototypes et Ferrari craignait la concurrence accrue de Matra et Alfa Romeo. L'équipe d'usine s'est concentrée sur le nouveau prototype 312 P(B) et a laissé le 512 Ms aux équipes clients. Aucun d'entre eux n'a pu égaler la préparation et le développement de l'équipe Porsche et, bien qu'il s'agisse d'une machine supérieure, la 512 M n'a jamais été une véritable force en 1971.
Lorsque la catégorie des 5 litres a été abandonnée en 1972, la carrière des 512 et des 917 était effectivement terminée. Les deux voitures sont toujours reliées et dans les conversations, l'une est rarement mentionnée sans l'autre. Ferrari a prouvé qu'elle avait fait le bon choix en se concentrant sur la 312 PB, en remportant les championnats du monde de 1972 et 1973.
Par rapport à Porsche qui, depuis le milieu des années 1960, s'efforçait d'aligner les meilleurs pilotes de voitures de sport de l'époque, Mauro Forghieri de Ferrari ne pouvait pas compter exclusivement sur les meilleurs pilotes pour remporter le Championnat international des voitures de 1970, car Ferrari avait abandonné les courses après 1967, sauf pour quelques inscriptions en 1969. Clay Regazzoni et Jacky Ickx, de retour de Brabham, étaient les hommes de Ferrari en F1 en 1970, mais comme la course d'endurance nécessite généralement deux pilotes par voiture, il fallait au moins six pilotes supplémentaires pour inscrire quatre voitures, ce qui correspond aux quatre pilotes Porsche ou plus engagés par le constructeur. De plus, Alfa est entrée dans des prototypes de voitures d'usine et a participé à la compétition pour les pilotes.
En début de saison, Pedro Rodríguez, ancien pilote d'usine de Ferrari, avait été remplacé par John Wyer, du team Porsche JWA Gulf Racing, et par BRM en F1, tandis qu'un autre ancien pilote d'usine, Chris Amon, était maintenant impliqué en F1 avec March, tout comme Mario Andretti.
Il était prévu que Regazzoni, Ickx, Ignazio Giunti, Peter Schetty, Nino Vaccarella et Arturo Merzario courent autant de manches que possible. Seules Vaccarella et Schetty étaient exemptes d'obligations F1. Bien que rapides, ils n'étaient pas aussi polyvalents que Jo Siffert, Brian Redman, Vic Elford, Hans Herrmann et Pedro Rodriguez (dont Siffert a couru en F1 en mars et Rodriguez en F1 pour BRM, mais n'avait pas les mêmes devoirs de test que les autres pilotes de F1), qui pouvaient tous conduire les Spa-Francorchamps ultra rapides dans une 917K aussi bien que le Targa Florio en 908/03, un parcours sinueux, sinueux, serpé, serpé. Ferrari n'a inscrit qu'une seule voiture dans la Targa Florio, pilotée par Giunti et Vaccarella, alors que Porsche a inscrit 4 voitures dans l'épreuve et l'a facilement remportée[citation nécessaire] Bien que tous les pilotes Ferrari étaient tout aussi capables, ils n'étaient pas aussi disponibles que les pilotes Porsche. Vaccarella était "l'homme des montagnes rocheuses" à la Targa Florio et Schetty était le spécialiste de la course de côte où Porsche était aussi un facteur dominant. Derek Bell et Jackie Oliver étaient également indisponibles à la plupart des courses d'endurance, puisqu'ils ont piloté en F1 pour Brabham et BRM. John Surtees, qui avait quitté Ferrari en 1966 après une dispute avec Eugenio Dragoni, est revenu pour les courses à Monza, Spa et au Nürburgring.
Alors que JWA Gulf, KG Salzburg et Martini Racing pouvaient compter sur des couples stables pour toute la saison, Mauro Forghieri, le directeur de course de Ferrari, a dû changer ses couples à plusieurs reprises. Finalement, son meilleur coureur, Mario Andretti, n'a pu être présent que pour les trois manches américaines (Daytona, Sebring et Watkins Glen). Au total, 12 conducteurs différents ont été vus en 1970 au volant d'une 512 S . Parmi eux, le prometteur Ignazio Giunti a fait neuf des dix manches, n'étant absent qu'aux 1000 km du BOAC. Merzario et Vaccarella ont fait sept entrées, Ickx et Schetty six sur dix. Seuls Vaccarella et Surtees avaient 35 ans ou plus. A l'exception de Clay Regazzoni (31), tous les autres avaient moins de 30 ans, avec Ickx (25), Peterson (26), Merzario (27) et Bell (28). Peterson n'a été engagé que pour Le Mans, une grave erreur de Forghieri qui aurait dû lui offrir un contrat d'un an.
Un autre handicap pour Ferrari était son engagement sur toute la saison en F1, de sorte que les 512 S n'ont pas bénéficié d'une assistance technique complète à tout moment. Ickx a terminé deuxième du Championnat du Monde de F1 et a remporté trois courses, tandis que Regazzoni a terminé troisième et gagné une fois. Tous deux n'ont pas réussi à dépasser le pointage de feu Jochen Rindt, qui a eu un accident mortel lors des essais du Grand Prix d'Italie de 1970.
Sur les 12 coureurs d'usine de la Ferrari 512 S en 1970, neuf sont encore en vie. Ignazio Giunti a été tué à Buenos Aires en janvier 1971 au volant de la toute nouvelle Ferrari 312PB. Il menait les 1000 km de Buenos Aires en 1971 lorsqu'il est entré en collision avec le Matra que Jean-Pierre Beltoise tentait de repousser vers les stands après avoir manqué de carburant. Giunti a subi des blessures dont il n'a pas survécu. Ronnie Peterson, qui a débuté sa carrière en F1 en 1971, est décédé des suites de blessures survenues lors du Grand Prix d'Italie 1978. Paralysé à partir de la taille à la suite d'un accident survenu en 1980 lors du Grand Prix des Etats-Unis Ouest, Regazzoni est décédé dans un accident de voiture en Italie le 15 décembre 2006.