Le premier grand triomphe de Bugatti a lieu lors du Grand Prix de la Sarthe au Mans en 1920 avec une Type 13 Brescia. Avec un moteur 4 cylindres relativement petit mais au couple élevé, 16 soupapes et un poids léger comparé aux autres marques, elle s’impose face à une concurrence qui propose certes plus de puissance mais doit composer avec un poids plus élevé. Ainsi, la notion de rapport puissance-poids est introduite avec le modèle Brescia ; aujourd’hui encore, elle représente un critère important en sport automobile.

En raison de sa ressemblance avec les chars de la première guerre mondiale, la presse surnomme la Type 32 « Tank » (en allemand : Panzer) . Ce modèle fait partie des premiers qui introduisent le concept d’aérodynamique dans le sport automobile. Même si cette Type 32 n’est pas tout de suite performante, elle sert d’éclaireur dans l’importance croissante de l’aérodynamique des voitures de course. Cette Bugatti participe à une seule course, le Grand Prix de France, en 1923. Elle y franchit tout de même la ligne d’arrivée en troisième position avec une vitesse moyenne de 114 km/h.

La Bugatti Type 35 est sans nul doute le modèle que l’on associe en premier à la marque. Aujourd’hui encore, elle est la voiture de course la plus victorieuse de tous les temps avec plus de 2 000 victoires et podiums en une « carrière » d’à peine dix ans. La carrosserie de la Type 35 fascine par la sobriété de sa forme en goutte. D’un point de vue commercial également, ce véhicule est un succès car Bugatti vend la voiture des Grand Prix à de riches coureurs privés et inaugure ainsi le début d’une période florissante à Molsheim. La Bugatti Type 35 est la seule automobile de son époque à pouvoir rouler aussi bien sur route que sur circuit.

Avec la Royale Type 41, Bugatti présente en 1926 l'automobile la plus solide, la plus grande et la plus luxueuse au monde, caractérisée par une puissance inimaginable et un équipement somptueux. Pour Ettore Bugatti, la Royale est l'aboutissement de son génie créatif. Un véhicule qui ne connaît pas de concurrents en termes de performances, de qualité et d'image. Un véhicule pour les empereurs, les reines et les rois. C’est simple : la Royale, l'automobile des rois.

Le modèle Type 52 est une petite version de la voiture de sport T35 Grand Prix. A l’origine, Ettore Bugatti l’avait construite pour son fils Roland. A la demande de bons clients, Ettore la construisît également pour leurs enfants respectifs. C’est ainsi que la voiture connût une forte popularité parmi les courses d’enfants sur les promenades des élégantes cités balnéaires. Les enfants de parents richement dotés se défiaient dans leur “Baby”. Les brochures de l’entreprise omettent totalement la désignation T52 et citent toujours ce modèle soit avec le nom “Baby” ou “Bébé”.

A l’origine, ce petit coupé électrique à deux places fût uniquement développé pour permettre à Ettore Bugatti de se déplacer plus facilement sur le site de l’usine et aux proches alentours de son domicile. Il n’était pas prévu de la produire en série. Face à l’insistance de certains clients, Ettore décida toutefois de construire ce petit modèle électrique.

L’angle aérodynamique du pare-brise de la Bugatti Type 50 Super Profilée est un des éléments essentiels ayant permis de faire figurer le modèle parmi les automobiles d’avant-guerre les plus avancées technologiquement. Des jalons technologiques sont également posés avec un double arbre à cames en tête, une première pour Bugatti, et l’utilisation de deux soupapes en diagonale. Bien que ce modèle n’ait pu célébrer de victoires en course, il occupe une place importante dans l’histoire de Bugatti puisqu’il s’agit d’un des premiers modèles fortement influencés par le fils d’Ettore Bugatti, Jean, en matière de style.

Contrairement à la Type 35, la Type 59 n’est plus fabriquée en grande quantité. Seuls douze châssis et huit moteurs sont encore construits. La voiture de course à l’esthétique très séduisante est équipée des roues à rayons récemment conçues. Celles-ci confèrent à la voiture un aspect inédit. La voiture prévue à l’origine avec un moteur de 2,8 litres est équipée, avant même ses débuts en Espagne au Grand Prix de San Sebastian, d’un moteur plus puissant de 3,3 litres. Malgré une allure sensationnelle, avant même de disputer sa première course, cette voiture n’est déjà plus en mesure de rivaliser avec la concurrence allemande.

La Bugatti Type 57 est présentée en 1934 sur le Salon automobile de Paris. La Type 57 peut être commandée à l’usine avec différentes carrosseries. La plus belle version est sans doute la Atalante, un coupé biplace deux portes, disponible également avec toit coulissant. Sortie uniquement 34 fois de l’usine, la carrosserie de l’Atalante compte aujourd’hui parmi les créations les plus importantes de Jean Bugatti. Le nom Atalante vient de la mythologie grecque. Atalanta était la femme la plus rapide de Grèce. Le nom « Atalante » convient donc bien à ce coupé sport qui est parmi les voitures les plus rapides de son temps.

La 57G «Tank » est l’unique voiture de course Bugatti plusieurs fois vainqueur dans la seconde moitié des années 1930. Aux 24 Heures du Mans de 1937, dès le quatrième tour, Jean-Pierre Wimille établit un nouveau record de tour avec une vitesse de 148,98 km/h et à la 23e heure, la Type 57 « Tank » bat le record de distance de 1933. Wimille et Robert Benoist permettent à Bugatti de triompher brillamment en remportant la première victoire pour la marque lors de la course des 24 Heures du Mans. De plus, c’est la première fois depuis 1926 qu’une voiture française gagne cette course prestigieuse. Grâce à sa forme aérodynamique, la Type 57 domine les courses d’endurance françaises en 1936 et 1937.

Jean Bugatti, qui avait déjà assis sa réputation de designer automobile génial, fut aussi l’auteur du design d’une des plus belles Bugatti jamais créée : la Type 57SC Atlantic. A l’origine, la carrosserie de l’Atlantic devait être fabriquée en magnésium. A cette époque, le magnésium était difficile à souder. D’où l’idée de riveter la carrosserie et les ailes. Finalement, les quatre éléments de carrosserie seront fabriqués en aluminium. Le détail de l'arête centrale, qui frappe encore aujourd’hui par sa singularité, fut conservé. Le prototype de la Type Atlantic est présenté en 1935 sur des salons à Paris et à Londres.