Původní osmiválcové Audi R8 bylo pro mnohé zákazníky málo výkonné, a tak Audi připravilo výkonnější model 5.2 FSI quattro s desetiválcovým motorem o objemu 5,2 litru vyladěným na největší výkon 386 kW/525 k. Tato atmosféricky plněná jednotka je vybavena mazáním se suchou klikovou skříní a přímým vstřikováním benzinu FSI. Není určena jen na silnici, neboť v sezóně 2009 vyjede i na závodní okruhy v novém závodním stroji R8 postaveným podle předpisů třídy GT3, a to s téměř shodnou konstrukcí jako sériový motor. Desetiválec dává ze zdvihového objemu 5204 cm3 největší výkon 386 kW/525 k při 8000 ot./min a točivý moment 530 N.m při 6500 ot./min. Motor lze vytáčet až k 8700 ot./min za působivého zvukového doprovodu. Jízdní výkony jsou samozřejmě impozantní: zrychlení z 0 na 100 km/h je otázkou 3,9 s. Modely vybavené automatizovanou převodovkou R tronic zrychlí z 0 na 200 km/h za 12 s. Rovnováha mezi výkonem motoru a jízdními odpory nastává až při rychlosti 316 km/h.
Audi R8 5.2 FSI quattro je k dispozici s šestistupňovou mechanickou nebo automatizovanou převodovkou. Varianta s manuálním řazením váží 1620 kg. Z toho 258 kg připadá na motor V10, který je jen o 31 kg těžší než V8 v základním modelu Audi R8. Pro extrémně rychlý rozjezd má řidič k dispozici speciální program „Launch Control“, který po aktivaci tlačítkem elektronicky reguluje prokluzování všech čtyř poháněných kol. Koncepce s motorem uprostřed před zadní nápravou umožnila dosáhnout příznivého rozdělení hmotnosti mezi přední a zadní nápravu v poměru 44:56 %. Přední i zadní kola jsou zavěšena na dvojicích příčných ramen vyrobených z hliníku. Devatenáctipalcová kola jsou vpředu obuta do pneumatik 235/35, vzadu 295/30. Audi slibuje příčné zrychlení v zatáčkách až 1,2 g. Standardně se montuje adaptivní tlumení Audi magnetic ride s magnetorheologickými tlumiči.
