Модификация Chevelle SS, которая, по сути, и является настоящим Muscle Car, имела собственный модельный ряд двигателей и специального оборудования. Вначале SS-модель комплектовалась только двигателем V8 объёмом 327 кубических дюймов, но позже обзавелась мощным спортивным 396-м. В 1964-м году тот же 327-й двигатель теперь выдавал 350 лошадок, но главное — появилась ограниченная версия 396-го, известная как Z-16. Таких машин было выпущено всего 201 штука: 200 купе и всего один кабриолет, под капотом каждого Z-16 находилось уже 375 л.с.
В 1966-м Chevrolet сделал 396-е двигатели базовыми для модификации Chevelle SS. Были доступны и модификация L34 с 396-м двигателем, но с улучшенным блоком и увеличенным бензобаком, и версия Z-16 с 396-м двигателем и также 375 л.с. В 1967-м году были сделаны новые усовершенствования, а L34-й двигатель потерял 10 «лошадок» от 350-ти, чтобы соответствовать корпоративному указу GM, который ограничивал все AWтомобили концерна иметь больше чем одну лошадиную силу на десять фунтов веса, кроме Corvette. Мотор с 375 л.с. и объёмом в 396 кубиков исчез как базовый, но предлагался многими дилерами Chevrolet по всей Америке.
В 1968-м году произошёл главный рестайлинг модели за весь период выпуска. Колёсная база была сокращена на три дюйма, капот растянут, задние окна были преобразованы, и кузов стал похож на фастбэк. 396-е движки с 325-ю и 350-ю л.с. настраивались так, чтоб не уступать 375-сильным L78. Отношения оси настраивались у дилера от 2,73:1 до 4,88:1, но сохранились проблемы с подвеской, как и на моделях прошлых лет. В 1969-м году SS-396 опять стала пакетной опцией для всех моделей Chevelle. Двигатели предлагались всё те же — 396-е с 325-ю, 350-ю и 375-ю «лошадками», но по-прежнему слабым звеном была подвеска.
Позже в том же году 396-е были заменены 402-ми, чтобы соответствовать очередным новым стандартам. Но официально название и маркировка мощности не были изменены, и Chevelle SS-396 оставался одним из самых популярных «мускул карс», хоть и с другим объёмом под капотом. А из-за большого и регулярного интереса драг-рейсеров к Chevelle, ограниченным тиражом было выпущено несколько специальных версий, которые сейчас особо ценятся. Например, COPO Chevelle, который поставлялся Chevrolet только нескольким дилерам и комплектовался двигателем L72 объёмом 427 кубиков, развивающем 425 л.с. Таких машин было построено около 323 штуки и они очень быстро нашли своих покупателей.В 1970-м году новая модификация — LS6, выдающая 450 л.с. при объёме в 454 кубических дюйма. Это был самый мощный заводской двигатель в эпоху Muscle Car. Внешне Chevelle тоже похорошел в 1970-м году. Задняя часть AWтомобиля, по веянию моды тех лет, стала V-образной, воздухозаборники функционировали даже на базовых моделях, а шины топовых моделей одевали на 5-спицевые диски Rallye. В 1971-м начали появляться нормы выбросов AWтомобильного выхлопа, появились первые опасения топливного кризиса и законы о страховании AWтомобилей.
Стандартным двигателем для Chevelle в 1971-м году стал 350 кубовый V8, выдающий скудные 245 л.с., с единственной выхлопной трубой. Был доступен такой же двигатель, развивающий 270 сил, но это не спасало положения. 402-й двигатель, который всё ещё маркировался как 396, был переименован в Turbo Jet 400, и предлагался мощностью только 300 «лошадок», вместо 350-ти, которые он выдавал раньше. Версия мощностью 375 л.с. просто стала недоступной, LS6 454 так же исчез, а LS5 454, располагающий мощностью в 365 л.с., стал её очень быстро терять. Индекс SS-454 присваивали только модели с двигателем LS5, остальные маркировались просто парой букв «SS».
1972-й год ещё больше упростил Chevelle SS. Теперь пакет SS заказывался на любой Chevelle с V8-двигателем. Получилось, что можно было приобрести Chevelle SS 307 V8 со скудными 130 л.с. По решению General Motors мощность двигателей следовало уменьшить, в итоге чего получилось, что 350-й V8 понизили до 175 л.с., 402-ой до 240, а 454-й до 270 сил. Для фанатов мощности настали трудные времена, а 1973-й год был и вовсе последним для модели Chevelle.
Ужасен тот факт, что пакет SS был доступен даже для универсала на базе Chevelle. Дизайн же был полностью перепроектирован, а моторы дефорсированы — самый мощный выдавал 245 сил, а базовая модель комплектовалась «смешным» L65 мощностью 145 л.с. Chevrolet Chevelle запомнился американцам как один из легендарных и доступных представителей Muscle Car, герой гоночных треков и уличного драг-рейсинга.
