Ribattezzata 3500 GTi (divenendo così il primissimo modello GTI della storia!), la vettura vantava ora una potenza di 235 CV e una velocità massima di oltre 230 Km/h. Sotto la supervisione dell'ingegnere capo Giulio Alfieri, Maserati aveva iniziato a sperimentare soluzioni proprietarie per l’iniezione del carburante già a partire dal 1954. Diversi sistemi erano stati testati e realizzati uno dopo l’altro svariati prototipi, un’attività questa che aveva consentito alla casa modenese di acquisire una considerevole esperienza nel campo. La prima applicazione di un impianto ad iniezione diretta (realizzato da Bosch) su una Maserati risaliva al 1955, la vettura era la 250F impegnata nel campionato di Formula 1.
Per la produzione in serie, fu avviata una collaborazione con il fornitore inglese Lucas, e la 3500 GTi divenne così la prima vettura stradale italiana a benzina dotata di impianto a iniezione indiretta. Il sistema meccanico continuò ad essere utilizzato con buoni risultati anche sulla 5000GT seconda serie. Più che la crescita del numero di cavalli (+15 CV) a colpire maggiormente furono la fluidità e la guidabilità della vettura.
La 3500 GT continuò ad essere disponibile nella versione con equipaggiamento classico per la parte più conservatrice della clientela Maserati. I freni a disco sulle quattro ruote divennero disponibili come dotazione di serie su tutte le 3500 GT a partire dal 1962. In quello stesso anno, furono inoltre apportati alcuni leggeri ritocchi alle linee con un minor impiego di elementi cromati e l’utilizzo di nuovi gruppi ottici posteriori. Il grande successo riscosso dalla vettura rese necessaria all'inizio degli anni 1960 la costruzione di una vera linea di montaggio con una rampa sopraelevata che consentisse l'intervento simultaneo dall’alto e dal basso.
Dall'esame dei cataloghi del 1961, è possibile notare alcune differenze esterne tra le 3500 GT a iniezione e quelle con carburatore: sulla prima gli indicatori di direzione erano di forma rettangolare e il cristallo laterale era separato dal lunotto posteriore fisso, sulla seconda lo spessore della cornice cromata della calandra era maggiore.