Beide Quattrovalvole-Modelle konnte man auch an dem überarbeiteten Kühlergrill und den Stoßstangen, aber auch an den Luftauslässen an der Frontlippe und den neuen Außenspiegeln mit kleinen Ferrari-Plaketten erkennen. Der 308 GTS Quattrovalvole, mit seinem abnehmbaren Targa-Dach, löste den 308 GTSi ab und wurde im Jahr 1982 im Rahmen des Pariser Automobilsalons gemeinsam mit dem 308 GTB Quattrovalvole präsentiert. „Quattrovalvole“ stand für die vier Ventile, die der Wagen pro Zylinder hatte. Diese führten zu höherer Leistung im Vergleich zum Vorgängermodell.

Optisch war das neue Modell dem, das es ablöste, sehr ähnlich. Es konnte jedoch an einem weiteren, schmalen Lüftungsgitter, das den Luftabfluss des Kühlers verbesserte, erkannt werden. Der Wagen verfügte über elektrisch verstellbare Außenspiegel mit kleinen Ferrari-Plaketten, einem überarbeiteten Kühlergrill mit rechteckigen Leuchten an beiden Seiten sowie rechteckigen (anstelle von runden) Seitenlichtern. Im Inneren des Wagens gab es einige wenige Veränderungen und Sitze mit Stoffbezug im Zentrum wurden nun, neben den serienmäßigen Ledersitzen, als Sonderausstattung angeboten. Das schwarze Lederlenkrad verfügte über drei Speichen und eine dreieckige Einfassung des Hupknopfs.

Das abnehmbare Vinylverdeck konnte hinter den Sitzen verstaut werden. Wie schon die vorangegangenen Wagen der 308er Modellreihe, so konnte der Quattrovalvole in seiner US-Ausführung an den dickeren Stoßstangen und den eckigen Seitenlichtern an den Kotflügeln erkannt werden.

Zur Sonderausstattung gehörten eine Metalliclackierung, ein tieferer Frontspoiler, Klimaanlage, breitere Reifen, 16-Zoll Speedline Räder mit Pirelli P7 Reifen und ein mattschwarzer Dachheckspoiler (serienmäßig für den japanischen Markt).

Das V8-Triebwerk war im Wesentlichen das, das man vom 308 GTSi kannte. Nun hatte es jedoch vier Ventile pro Zylinder: 90 Grad, zwei obenliegende Nockenwellen pro Zylinderreihe, 2.926ccm, Bohrung und Hub vom 81 und 71 Millimeter mit Trockensumpfschmierung und der werksinternen Bezeichnung F 105 GS 100 für die europäischen Wagen. Die Leistung für den europäischen Markt lag bei 240 PS bei 7.000 U/Min. und bei 235 PS bei 6.800 U/Min. für den US-Markt. Das quer montierte Triebwerk war an ein 5-Gang Synchrongetriebe verbunden, das unter und hinter der Sumpfschmierung lag.

Die Übersetzungen wurden verändert, um den Eigenschaften des Vierventiltriebwerks zu entsprechen. Der Motor verfügte über eine Bosch K Jetronic Einspritzanlage und eine elektronische Marelli MED 803A Zündanlage mit Zündspule, Verteiler und Zündmodul für jede Zylinderreihe. Alle Wagen für den Markt in den USA waren mit Katalysatoren ausgestattet.

Der 308 GTS Quattrovalvole für den europäischen Markt hatte ein Rohrchassis mit der Werksbezeichnung F 105 GS 100. Er war mit Scheibenbremsen, Einzelradaufhängung mit Querlenkern, Schraubenfedern und hydraulischen Stoßdämpfern ausgestattet und verfügte vorne und hinten über Querstabilisatoren. Alle Modelle waren in der bei Ferrari für Straßenwagen üblichen ungeraden Ziffernfolge nummeriert. Der Wagen wurde links- und rechtsgesteuert gefertigt.

Die Produktion lief von 1982 bis 1985. In dieser Zeit wurden 3.042 Wagen – mit den Fahrgestellnummern 41701 bis 59265 – gefertigt.