По заказу ЦК ДОСААФ в 1961 г. создана гоночная модель М-51 дя участия в соревнованиях на высокоскоростных трассах. Совместная разработка ЦКБ и ИМЗ под руководством В. Рогожина и А. Федорова. Наибольший интерес представляет двигатель: форсированный до 9000 об. мин. с верхневальным механизмом газораспределения, увеличенной мощности. Компоновка механизма газораспределения предусматривает размещение двух распредвалов в головке каждого цилиндра. Привод валов осуществляется коническими парами шестерен. Данная конструкция двигателя в 60-е годах была новой, перспективной, и находилась на уровне лучших зарубежных аналогов. Всего в экспериментальном цехе ОГК изготовлено три экземпляра для лучших гонщиков страны.

С-51 представляет образец успешного поиска и воплощения в металле более совершенных конструкций спортивных мотоциклов.