30年代末斜气缸盖被放弃后，“灰背隼”表现出巨大的发展潜力。1937年末超马林制造出一架“速度喷火”（SpeedSpitfire）尝试刷新世界空速纪录，与R型发动机一样，该机安装的“灰背隼”II也要喝罗德·班克斯调制的特殊燃料。到1939年1月，这台“灰背隼”II（特别型）已经能在飞行中爆发出超过2160马力的功率以及+27psi增压。但即使使用了特殊火花塞和冷却系统，该发动机也只能以在这个功率上维持几分钟，因为其核心基本上还是经过加强的“灰背隼”II。正如“喷火”试飞行员杰弗里·奎尔（JeffreyQuill）所指出的那样，这次尝试使超马林首席设计师乔·史密斯（Joe Smith）对“灰背隼”发动机在接下来几年里的功率增长彻底放心。
“速度喷火”
英国空军的一个主要优势是引入了100辛烷值的燃料，使“灰背隼”最大增压器增压从+6.25增加到+9psi，功率从1030hp增加到1160hp。到1940年中期，“灰背隼”III已获得+12psi增压的五分钟紧急动力，以3000转/分的转速提供1310马力的功率。
诺丁汉的罗罗“灰背隼”发动机工厂
增压器进化
到目前为止，“灰背隼”的增压器在设计上与1934年的原型发动机没什么不同。1938年推出的“灰背隼”X具有了两速增压器，两速驱动使增压器能以最适合的档位为进气增压：低空时为“中等增压”（“MS”或“ M”档），高空使用“全增压”（“ FS”或“S'档）。在自行研制的两速增压器性能无法令人满意后，罗罗公司购买了法国法曼公司的设计许可，由于法式增压器没有德比版本紧凑，导致整台发动机长度增加。
“灰背隼”I的增压涡轮
两速增压器的两档变速机构
机械增压器驱动装置在设计上是个难题，增压器涡轮的旋转速度大约是曲轴转速的10倍，这不仅意味着驱动装置需要以数万转/分的转速旋转，并且发动机的任何加速都会被放大十倍，再加上要承受增压器档位变化产生的负载，这意味着驱动装置要具有挠性，并且耐用、紧凑且轻巧。“灰背隼”的增压器采用了由曲轴驱动的扭转弹性套筒轴，增压器的齿轮质量也很高，以至于德国工程师需要齿轮箱来驱动戴姆勒-奔驰和容克斯发动机的测试增压器时，使用了从被击落的英国飞机上拆下的“灰背隼”增压器驱动组件。
“灰背隼”X
由于增压器位于发动机后部，进气管路存在有许多弯头，增压器空气流量并不理想。在对压力损失进行一些量化实验后，“灰背隼”XX采用了经过重新设计的进气道和增压器壳体，以及重新设计的涡轮和新的增压水/乙二醇冷却系统，将发动机全油门操作高度提高了914米。
“灰背隼”XX结构图，涡轮尺寸变大
由于采用了两速增压器，该发动机比“灰背隼”II/III更长，最初被用于重型轰炸机。“灰背隼”XX最终被安装在“飓风”上，但需要在座舱前增加一个机身加长段，由于“喷火”结构更复杂，需要花费更长的时间进行修改。由于“飓风”比“喷火”更加需要提升性能，所以“灰背隼”XX成为1940年9月开始服役的“飓风”II的发动机，而计划安装“灰背隼”XX的“喷火”III最快要到1941年才能服役。
安装“灰背隼”XX发动机的“飓风”IIA
很快罗罗公司意识到，只需保留“灰背隼”XX的全增压齿轮并移动化油器位置，就可以生产出尺寸与“灰背隼”III相同的“灰背隼”45，并保持“灰背隼”XX的中高空性能表现。“灰背隼”45被安装到“喷火”战斗机上后就诞生了“喷火”V，这种“过渡”型号非常成功，以至于成为产量最大的“喷火”战斗机，而计划安装“灰背隼”XX的“喷火”III则从未投产。为了提高低空性能，罗罗工程师又缩短了增压器涡轮叶片，研制出“灰背隼”45M，该发动机被安装在拆除翼尖以提高滚转速率的“喷火”V机体上，创造出传奇般的“喷火”LFV低空战斗机。
安装“灰背隼”45的“喷火”V
“喷火”LFV
令人尴尬的化油器
“灰背隼”需要解决的另一个问题是化油器设计。早期“灰背隼”的浮子化油器容易受负过载影响，此时燃料会充斥化油器腔，一旦重新变为正过载，发动机会降低功率或发生浓混合气熄火。德国空军战斗机的戴姆勒-奔驰发动机采用燃油缸内直喷技术，不受负过载效应的影响，因此德国战斗机能在全油门俯冲中获得优势或作为一种逃生手段。而安装“灰背隼”发动机的“喷火”和“飓风”此时就必须半滚拉杆以跟随敌机，否则就要冒发动机熄火的危险。
罗罗公司也曾考虑过燃油直喷，但最终还是选择了化油器，因为进气系统中的燃油蒸发会冷却进气，从而增加功率。皇家航空研究院（RAE）女工程师比阿特丽斯·希林（BeatriceShilling）提出了一个解决方案：在化油器上安装了一个限流环，将燃油流量限制在最大油门所需流量，防止出现浮子室溢流和浓混合气熄火。这种简单优雅的解决方案自1941年初开始被安装在前线战斗机上，正式名称为“RAE限流器”。但限流器只允许短时间负过载飞行，所以长期解决方案是采用本迪克斯（Bendix）压力化油器，最后改为将燃料喷射到增压器中。
罗罗公司还致力于将“灰背隼”包装成“动力蛋”（poweregg）组件，也就是采用标准安装件、燃料和其他连接件以适应不同类型的飞机。从“灰背隼”XX开始，这种发动机开始被安装到布里斯托“英俊战士”（Beaufighter）双发战斗机和阿芙罗“兰开斯特”轰炸机上。
“灰背隼”XX“动力蛋”
随着“灰背隼”XX和45的成功，罗罗公司开始考虑如何进一步提高发动机性能。工程师们通过计算发现继续对现有增压器挖潜只能增加少许功率，因为单个增压器获得的最大有效压缩比约为4：1，如果能把两个增压器串联在同一根轴上，“灰背隼”将能9144米高度爆发出1000马力的功率。罗罗公司也考虑过涡轮增压系统，但该系统被应用在战斗机上时，其性能优势会被管道重量和复杂性所抵消。最终标志性两速两级增压器就此诞生，并附带中冷器和后冷器，进一步提高了进气增压压力。“灰背隼”的排气能量也没有被浪费，发动机的喷射排气管产生的推力，相当于在典型战斗速度和高度下增加200马力。
罗罗为“灰背隼”XX设计的涡轮增压器
“灰背隼”61的两级两速增压器
同时，“灰背隼”II采用的“茶隼”式缸体在性能上达到了极限。为了产生更大功率，必须将发动机重新设计为具有独立缸体和缸盖。罗罗工程师早已规划出这个解决方案，在帕卡德“灰背隼”在美国生产时，罗罗公司就告诉帕卡德（Packard）要开发两件式缸体。在两级增压的“灰背隼”61上，两件式缸体使100辛烷值燃料的增压上升到+15psi。从1944年起，150辛烷值的燃油使“灰背隼”的紧急增压达到+25psi，功率超过2000马力，高空维持功率在4572米时超过1500马力，在7010米时超过1300马力。
“灰背隼”61结构图