27 января 1969 г. состоялся первый полет вертолета CH-53D, который во всех отношениях был не просто улучшенной моделью вертолета СН-53А. Можно сказать, что это была фактически новая машина. У нее была усилена трансмиссия, которая теперь могла передавать крутящий момент от более мощных двигателей. Сначала это были ГТД T64-GE-412 мощностью по 3695 л. е., на смену которым пришли двигатели T64-GE-413, развивавшие по 3925 л. с. Трансмиссия была рассчитана на передачу 7560 л. с. Увеличение мощности позволило эксплуатировать вертолет CH-53D в условиях высоких температур и высокогорья. Во время серийного производства вертолеты продолжали совершенствоваться. Например, фирма «Сикорский» внедрила новый метод инспекции лопастей несущего винта, устранивший необходимость замены лопастей после наработки определенного количества часов. Запас топлива в боковых обтекателях остался прежним (2363 л); в фюзеляже можно было устанавливать от одного до пяти дополнительных баков емкостью по 1135 л для выполнения перегоночных полетов.
В 1966 г. командование армейской авиации ФРГ, планируя заменить устаревшие вертолеты Сикорский Н-34 и выпускавшиеся фирмой «Ве- зерфлюг» американские машины Пясецкий Н-21, провела оценочные испытания вертолетов Боинг – Вертол СН-47 «Чинук» и Сикорский СН-53 «Си Стэлли- он». Выбор пал на вертолет фирмы «Сикорский», с которой в июне 1968 г. был подписан контракт на поставку двух вертолетов CH-53G. Было также оформлено лицензионное соглашение, в соответствии с которым консорциум немецких фирм во главе с компанией VFW построит 133 вертолета CH-53G. Сокращение ассигнований дало возможность выпустить только 110 машин, из которых сформировали три вертолетных полка.
Пытаясь улучшить возможности вертолета CH-53D, прежде всего по грузоподъемности, фирма «Сикорский» рассматривала различные варианты модификации. Окончательное решение было таковым: нужно установить третий двигатель за редуктором несущего винта с выхлопом с левой стороны фюзеляжа, усилить трансмиссию и использовать семилопастный несущий винте увеличенным диаметром и более широкими лопастями. Новая модификация получила обозначение СН-53Е. От предшественника CH-53D она отличалась удлиненным на 1,88 м фюзеляжем, расширенной хвостовой балкой, увеличенной длиной боковых фюзеляжных обтекателей. Благодаря новым обтекателям емкость топливных баков возросла с 2415 до 3850 л, была предусмотрена установка на внешних пилонах двух дополнительных баков емкостью по 2460 л, которые заполнялись через телескопическую штангу системы заправки топливом в полете.
Первый серийный СН-53Е был передан КМП 13 декабря 1980 г. До этого вертолеты прошли обширную программу летных и эксплуатационных испытаний. Они летали на авиабазах в Куатнико, Черри Пойнте и Норфолке, в учебном центре в Форт-Брэгг, а также с борта десантного вертолетоносца LPH. Везде вертолеты продемонстрировали превосходные характеристики, особенно по перевозке тяжелых грузов.