1985年10月にフルモデルチェンジ。車両型式は国内でもVINコードの型式名が採用され、新たにFC3Sへ変更された。

前期型（1985年10月 – 1989年4月）
プラットフォームは先代から一新され、新開発のマツダ・FCプラットフォームに基づいて開発された。リアサスペンションは独立懸架化され、セミトレーリングアームマルチリンクとなった。またハブ部分のリンクにブッシュを入れることでパッシブステア性によりセミトレーリングアーム式サスペンションの欠点を打ち消す特性を持つ「トーコントロールハブ」を持ち[14]、キャッチコピーには当時の流行でもあった「4WS感覚」という言葉が使われた[15]。エンジンはインタークーラー付きターボ13B型を搭載する。フロントブレーキには日本車初の対向4ピストンのアルミキャリパーを採用。日本以外では、初代に続き13B NAエンジン仕様車が13Bターボエンジン搭載車とともに販売された。

ポルシェ・944との類似性が自動車雑誌などで話題となり、初代に引き続き「プアマンズ・ポルシェ」の呼称が使われることもあったが、性能面では0-100 km/h加速時間7秒弱、最高速度はメーカーテストで238.5 km/hを記録した[6]など大きく向上していた[15]。

グレードは最廉価グレード「GT」、ベーシックグレード「GT-R」、ビスカス式LSDとアルミボンネットを装備した「GT-X」、サンルーフ、オートクルーズ等豪華装備の「GT-Limited」、本革シートを装備した最上級グレード「GT-Limited・スペシャルエディション」が用意された。後に、GTはマイナーチェンジに伴って廃止されている。

1986年8月に、「∞（アンフィニ）」が300台限定で販売された。BBS製アルミホイールや専用ダンパー、アルミボンネットフードを装備し、後席を撤去し2シーター化するなどの変更が行われた[16]。∞は幾度か改良が重ねられ、4世代にわたって販売されるが、これは∞の中の第1世代にあたる。1987年1月にも同仕様で300台限定で販売された。

カブリオレ
1987年8月、ロータリーエンジン生誕20周年を記念してカブリオレ仕様（FC3C型）が登場[17]。電動ソフトトップを装備する。ロータリーエンジンを搭載するオープンカーはNSU・ヴァンケルスパイダー以来であり、マツダでは当モデルが唯一の存在である。本モデルの開発で得たノウハウは、後のユーノス・ロードスターに活かされた。

1988年の1月と8月に、第2世代の∞が300台限定で販売された。最終減速比を変更して低・中速域の加速性能を向上し、ステアリングおよびシフトレバーなど操作系の剛性向上など、パフォーマンスの向上と内装のデラックス化が主である[16]。

1989年4月にマイナーチェンジが行われ、エアフロメーターをフラップ式からメジャリングコア式に、リアコンビネーションランプを角型から丸型3灯にする変更のほか、サスペンションの改良、ドアミラーの同色化、前後バンパーおよびボディのモール形状、アルミホイール、前席シート、インパネセンター、計器類のデザイン等が変更された。出力もタービンの改良により、前期の185 PSから205 PSに向上している[18]。

1989年の8月、第3世代の∞が600台限定で販売された。このモデルは主に排気システムの高効率化により高出力化され[注釈 1]、最高出力215PS、最大トルク28kgmとなったほか、BBS製16インチ鍛造アルミホイールの採用、ストラットタワーバーの標準装備、ショックアブソーバーとブッシュ類の特性変更、専用バケットシートの採用など、コーナリング性能を高める改良も施した[16]。翌年の2月にも、マツダ創立70周年記念車として600台追加で販売された。

1990年の6月に、第4世代の∞が600台限定で販売された。FR車では日本初のトルセンLSDを採用し、ブレーキパッド材質の変更を行うなど、制動能力の改良を施した[16]。翌年の2月にも追加発売されたが、こちらは外装色でブリリアントブラックを選択できるようになった代わりに、300台限定販売だった。

FD型へのフルモデルチェンジを控えた1991年3月、マツダ・787Bのル・マン24時間レース総合優勝を記念した最後の特別仕様車「ウィニングリミテッド」が1,000台発売された。

1991年11月[19]、生産終了。在庫対応分のみの販売となる。

1991年12月、クーペはFD型へのフルモデルチェンジに伴い販売を終了するが、カブリオレはFC型の生産が続行され、1992年10月にサバンナRX-7の14年間（サバンナとしては21年間）とカブリオレの5年間を締め括るモデルとして、台数限定のファイナルバージョンが発売され、同年12月[20]に販売を終了した。2代目の生産台数は27万2,034台[21]。

エンジン
単室容積654 cc×2の13B-T型ロータリーエンジン。ツインスクロールターボを採用し、185 PS、205 PS、215 PS（スペック3以降のアンフィニのみ）と進化していった。185 PS車を前期、205 PS、215 PS車を後期に分けているが、ローターの種類が違うため、圧縮比や圧縮限度の目安が異なる。トルクは馬力の順に25 kgf･m、27.5 kgf･m、28 kgf･m。輸出型のみ自然吸気仕様も存在する。