La inyección de combustible fue adoptada en el 308 GTS a finales de 1980, coincidiendo con la del 308 GTB, y el modelo pasó a denominarse 308 GTSi, donde el sufijo “i” hacía referencia precisamente a la inyección. Visualmente el nuevo modelo era casi idéntico al que reemplazaba, aunque el patrón de fundición para las llantas de aleación de cinco radios cambiaba ligeramente, debido al diferente tamaño de los neumáticos radiales Michelin TRX que montaba. Sin embargo, seguía existiendo la opción de llevar, bien las ruedas Michelin XWX con llanta de 14 pulgadas, o las Pirelli P7 en llanta 16”.

Igual que sucedía con el 308 GTS, el panel desmontable del techo se podía almacenar en una cubierta situada tras los asientos cuando estos no se usaban, y las ventanillas traseras, situadas por detrás de las puertas, estaban cubiertas por unas lamas en negro satinado con bisagras.

Al igual que en el exterior, el interior era muy similar al del modelo 308 GTS, y las diferencias principales radicaban en las costuras de los asientos de cuero tipo baquet. Los instrumentos básicos se mantenían agrupados bajo una especie de cúpula frente al conductor, mientras que el reloj y el manómetro de temperatura de aceite se movieron a un panel en el frontal de la consola central, para hacerlos más visibles en un lugar separado, en la parte baja, a la derecha del cuadro de instrumentos.

El diseño del volante también se cambió por uno de radios negros satinados con ranuras longitudinales. Como sucedía en el modelo precedente, la palanca de cambios se montaba en una rejilla sobre la consola central y junto al cenicero, donde también estaban diversos interruptores y el freno de mano.

Los modelos 308 GTSi destinados a los principales mercados europeos tenían un chasis tubular con la referencia tipo de fábrica F 106 BS 100. Llevaba discos de freno en las cuatro ruedas, así como suspensiones independientes de brazos oscilantes, con muelles helicoidales, amortiguadores hidráulicos y barras estabilizadoras en ambos ejes. Todos los modelos se numeraron en una secuencia de cifras impares para chasis Ferrari de carretera y estuvieron disponibles tanto con volante a la izquierda como a la derecha. La producción se mantuvo desde 1980 hasta comienzos de 1983, tiempo en el que se construyeron 1.749 unidades, con un rango en los números de chasis que iba del 31.309 al 43.0759.

El motor V8 de aluminio, montado transversalmente en posición central, tenía básicamente el mismo diseño que el utilizado en el 308 GTS anterior, pero con un sistema de inyección de combustible que reemplazaba a los cuatro carburadores de doble cuerpo utilizados hasta el momento. El ángulo que formaban las dos filas de cilindros era de 90 grados, y tenía doble árbol de levas en cabeza por bancada accionados por correa dentada, con una cilindrada total de 2.926 cc. Su diámetro por carrera era de 81 x 71 mm, y el código interno F 106 BB 000, para los coches del mercado europeo. El motor se acoplaba directamente a una caja de cambios de cinco velocidades, todas ellas sincronizadas, y esta transmisión estaba montada en la parte inferior por detrás del cárter. 

Las relaciones de cambio y del grupo se modificaron para adaptarse a las características del motor de inyección directa. Disponía de un sistema de inyección de combustible Bosch K Jetronic, acoplado a un sistema de encendido electrónico Marelli MED 803A Digiplex, que incorporaba una bobina, un distribuidor y un módulo de encendido para cada bancada de cilindros.

A partir de este modelo, todos los 308 para los mercados mundiales tuvieron lubricación por cárter humedo. Los coches para Europa tenían una potencia de 214 CV, mientras que los de Estados Unidos alcanzaban los 205 CV, al tener que montar un mecanismo de control de emisiones que limitaba la potencia.