Důležitý krok vpřed ve vývoji dlouhodobého plochého dvojčete BMW nastal v roce 1936 představením 494cc R5. Před tím byl motor BMW zjevně příbuzný prvnímu svého typu, 1923 R32, a stejně jako u jeho předchůdců (500 ccm) byly rozměry motoru R5 „čtvercové“ při vrtání/zdvihu 68 x 68 mm. Motor R5 s horním ventilem však prorazil novou půdu tím, že přijal dva vačkové hřídele poháněné řetězem, což umožnilo kratší tlačné tyče a vyšší otáčky.
V roce 1938 byl model modernizován jako R51, získal teleskopickou přední vidlici a zadní plunžrové odpružení a pokračoval ve výrobě až do roku 1940. BMW obnovilo výrobu v prosinci 1948 s R24 single, ale trvalo dalších 12 měsíců, než bylo dvojče. -válcový model byl opět dostupný. Jednalo se o R51/2 vycházející, jak jeho označení napovídá, z předválečné R51.
Mezi vylepšení začleněná do R51/2 patřila obousměrně tlumená přední vidlice, tlumič hlavního hřídele převodovky a zesílený rám. Po pravdě řečeno, R51/2 byl pouze dočasným modelem pro zahájení výroby, zatímco BMW pracovalo na něčem modernějším. Jeho náhrada, R51/3 – dorazila v únoru 1951, a navzdory podobnosti v označení měl zcela nový a mnohem elegantněji vypadající motor zahrnující mezi řadou dalších vylepšení vačkový hřídel poháněný převodovkou a generátor namontovaný na klikovém hřídeli.
Existovala také verze R67 o objemu 600 ccm, určená především pro sajdkáru, která byla v roce 1952 rychle nahrazena výkonnější R67/2. Tento spolehlivý motocykl používala řecká královská policie. Zadní část tohoto motocyklu byla upravena do sportovního stylu. Jedná se o starší rekonstrukci a běží hladce.