Również czterocylindrowa jednostka napędowa stosowana jeszcze w modelach Austin Seven została poddana gruntownej modernizacji. Zadanie to powierzono zespołowi konstruktorów z Monachium. I tak pod kierownictwem dyrektora technicznego Maxa Friza powiększono pojemność skokową silnika z 748,5 cm³ do 782 cm³ poprzez zwiększenie o 4 mm do 80 mm wysokości skoku tłoka. Wymiar średnicy cylindra został zachowany. Głównie poprzez tę zmianę osiągnięto wzrost mocy silnika o ponad 30% do 20 KM. Kolejną znaczącą zmianą było zastosowanie układu górnozaworowego co spowodowało, że nowa jednostka napędowa pracowała znacznie ciszej niż jej angielski poprzednik. Większa o 150 kg waga samochodu zmusiła inżynierów do zwiększenia przełożenia I biegu skrzyni biegów, tak by zachować dynamiczność jazdy znaną z modelu BMW 3/15.
Na początku 1932 r. plany konstrukcyjne nowego samochodu były już gotowe i aby rozpocząć produkcję seryjną należało uregulować sprawę umowy licencyjnej z firmą Austin. BMW poprzez przejęcie fabryki w Eisenach w 1928 r. przejął również na 10 lat prawa do produkcji samochodu Austin Seven. Pomimo tego, że BMW 3/20 wyglądem przypominało swego poprzednika, była to jednak samodzielna konstrukcja, więc dyrekcja BMW nie była skłonna do dalszych opłat licencyjnych.