L’iniezione di carburante fu adottata sulla 308 GTS verso il termine del 1980, in concomitanza con il modello 308 GTB. La vettura divenne così 308 GTSi, dove il suffisso “i” nella sigla della vettura stava appunto a indicare la presenza del sistema d’iniezione. Esteticamente il nuovo modello si presentava virtualmente uguale a quello di cessata produzione, anche se la forma di stella a cinque punte delle ruote cambiò leggermente a causa dell’installazione degli pneumatici radiali Michelin TRX. Tuttavia, rimanevano disponibili come optional le gomme Michelin XWX su cerchi ruota da quattordici pollici e le Pirelli P7 su cerchi da sedici. Come sulle 308 GTS, quando non in uso il tettuccio rimovibile tipo “targa” poteva essere riposto dietro i sedili, e i finestrini posteriori siti dietro gli sportelli avevano una copertura di color nero satinato.

Come per l’esterno, anche gli allestimenti interni rimasero molto simili al modello 308 GTS: la maggior differenza si poteva notare nei sedili sportivi rivestiti di pelle che presentavano cuciture di tipo diverso, mentre il quadro strumenti principale fu mantenuto in un gruppo protetto da una palpebra sito davanti al pilota. L’orologio e il termometro dell’olio furono spostati in un pannello sito nel centro della console, per renderli meglio visibili rispetto alla posizione precedente che li vedeva nella parte bassa alla sinistra del cruscotto. 

Anche il disegno del volante fu variato: ora le razze si presentavano di color nero satinato, con fori oblunghi longitudinali. Come nel modello precedente la leva del cambio a settori era situata nel centro della console accanto al posacenere, vicina al freno a mano e agli interruttori di servizio.

I modelli 308 GTSi riservati al loro mercato principale, quello europeo, avevano un telaio tubolare con numero di riferimento interno F 106 BS 100. Freni a disco, sospensioni indipendenti con bracci oscillanti, molle elicoidali e ammortizzatori idraulici erano presenti su tutte le ruote, oltre alla barra antirollio anteriore e posteriore. Tutte le vetture furono numerate con la sequenza di cifre dispari tipica delle Ferrari stradali. Il modello era disponibile con la guida a sinistra o a destra, la produzione iniziò nel 1980 e terminò all’inizio del 1983. In totale furono realizzati 1749 esemplari con numeri di telaio da 31309 a 43079.

Il motore V8 in alluminio montato in modo trasversale derivava essenzialmente dallo stesso progetto utilizzato nei modelli 308 GTS: la differenza sostanziale era che su questa vettura un sistema d’iniezione aveva occupato il posto della batteria con quattro carburatori doppio corpo. Era un propulsore avente una configurazione a “V” di 90°, con doppio albero a camme in testa per bancata di cilindri: gli assi a camme erano mossi da una cinghia dentata. La cilindrata totale era di 2.926 cc con alesaggio e corsa pari a 81 mm x 71 mm, mentre la sigla di riferimento interno per le vetture destinate al mercato europeo era F 106 BB 000. L’unità motrice conteneva in un sol blocco il cambio a cinque rapporti sincronizzati, sito nella parte inferiore dietro la coppa dell’olio motore.

Il cambio e il rapporto finale erano stati adeguati alle nuove caratteristiche del propulsore a iniezione Bosch K Jetronic. L’accensione elettronica Marelli MED 803A Digiplex incorporava bobina, distributore e modulo d’accensione per ogni bancata di cilindri. Da questo modello in poi, tutte le 308 prodotte per il mercato mondiale adottarono la lubrificazione a carter umido. Sulle vetture destinate al mercato europeo, la potenza dichiarata raggiungeva i 214 cavalli. Sugli esemplari riservati al mercato americano, invece, i cavalli erano 205: i dispositivi antinquinamento installati, infatti, riducevano la potenza erogata.