CH-53A最初在前机身顶部两侧各安装一台通用电气T64-GE-6涡轴发动机，单台功率2125千瓦（2850轴马力）。后来升级为2300千瓦（3080轴马力）的T64-GE-1，随后是2600千瓦（3485轴马力）的T64-GE-16。该机采用机械式飞控系统，具有两套独立的液压伺服系统和一套自动飞行控制系统（AFCS）。生产型直升机安装了EAPS进气口过滤器，并在机身两侧舱门处安装了M60 7.62毫米机枪的支架，机身增加了205千克装甲以保护机组和重要机械系统。
CH-53A的减速器
生产型直升机上的EAPS进气过滤装置
CH-53A的机组编制4人，包括飞行员、副驾驶、装卸长和随机观察员。该机的内部货舱长9.12米、高2.29米、宽1.98米，地板配备滚筒系统。货舱可容纳38名士兵、或24名医护人员和担架，装货时的最大载重量3630千克，机腹单点挂钩的外部吊挂重量5900千克。CH-53A在当时是一种性能非常突出的重型直升机，打破了几项性能记录，甚至能够完成斤斗和滚转机动。
在做斤斗的CH-53A
CH-53A在1967年1月抵达越南，开始发挥重要作用，该机最终回收的飞机甚至比CH-54还多，回收飞机的价值甚至超过了海军陆战队在S-65项目上的投资。与S-64相比，S-65才是军方真正想要的重型直升机。
越南战场上的CH-53A
持续改进
在越南的热带气候中执行运输任务需要更多动力，所以海军陆战队决定购买CH-53D改进型，该机先是安装了2755千瓦（3695轴马力）的T64-GE-412发动机，后来升级到2930千瓦（3925轴马力）的T64-GE-413。为了充分利用发动机增加的功率，CH-53D的变速箱也经过升级，能承受两台发动机5640千瓦（7560轴马力）的总功率和单台发动机的2820千瓦（3780轴马力）功率。该机还改进了货舱布局，可以搭载55名士兵。
CH-53D双机
CH-53D在1969年1月27日首飞，当年晚些时候开始交付陆战队。西科斯基共制造了124架CH-53D外加两架VH-53D VIP运输直升机，后者内部豪华装潢，用于在总统要员运输任务中运输记者团和备件。VH-53D最后被西科斯基S-70“总统鹰”取代。
VH-53D要员运输机
虽然CH-53的官方绰号是“海种马”，但人们更喜欢把该机称为“野猪”、“猪”、“小猪”、“大铁人”和“腹泻”，最后一个绰号是因为该机的发动机排气总是把尾巴弄得脏兮兮。
CH-53的后机身总是脏兮兮的
CH-53D和CH-53A一起度过了越南战争的剩余岁月，并一起参加了美军最后的越战任务——从西贡和金边撤出人员。海军陆战队在越南损失了19架S-65，其中9架被击落，10架因事故坠毁。
较老的CH-53A在20世纪90年代初被逐渐淘汰，留下CH-53D继续服役。这些直升机升级了自卫套件，包括在尾梁两侧各增加一个30发AN/ALE-39干扰弹发射器，此外还有AN/ALQ-157（V）2红外对抗系统和两挺12.7毫米M2/XM218机枪。
CH-53D在2012年开始退役，被MV-22“鱼鹰”取代。
除美国海军陆战队外，美国空军和海军也装备过“初代种马”，这种型号还出口到了以色列和德国，分别如下：
RH-53A，美国海军采购的15架CH-53A，用于执行空中扫雷任务。
拖曳Mk 105扫雷载具的RH-53A
HH-53B，美国空军战斗搜索和救援（CSAR）改型，基于CH-53A直升机，增加了空中加油能力和可抛外部副油箱，乘员舱门上方增加救援绞车，发动机升级3080轴马力的T64-GE-3。
HH-53B搜救直升机
HH-53C，美国空军CSAR直升机，发动机升级成3435轴马力的T64-GE-7，改用悬臂式外部副油箱挂架。
HH-53C改用新型副油箱挂架
RH-53D，美国海军采购的36架扫雷直升机（其中6架通过对外军售计划卖给了伊朗）。RH-53D具有改进的全冗余四轴AFCS自动飞行控制系统，更大的外部副油箱和专用机载扫雷（AMCM）设备。AMCM设备包括与主变速箱下方连接的牵引臂、机鼻可调节后视镜、座舱中的牵引张力和拖缆角度表。货舱后坡道上安装有护轨防止拖缆与机身接触，货舱内绞车对拖缆和输油管进行收放，后者为扫雷载具上的动力装置加油。RH-53D能以28公里/小时的速度速度牵引扫雷载具，此时拖缆张力达6.8吨。
拖曳扫雷作业的RH-53D