Znamka NSU je na mednarodnih avtomobilskih dirkah začela tekmovati leta 1908. Velik uspeh je dosegla na dirki princa Heinricha, pa tudi na številnih drugih dirkah na dolge razdalje in rallyjih. Leta 1925 je August Momberger z novo zasnovanim dirkalnikom 6/60 KM, šestvaljnikom s kompresorjem, dosegel izjemno zmago na prvi dirki za veliko nagrado Nemčije, naslednje leto pa je NSU zasedel prva štiri mesta v razredu do 1.500 kubičnih centimetrov in bil skupno peti.
V letih 1960 in 1961 je dirkalnik NSU Prinz II zmagal v svojem razredu na dirki Tour d'Europe. Leta 1961 je NSU že tretjič zapored slavil kot zmagovalec razreda na tekmovanju Gran Premio Argentino, dobro se je znašel tudi na gorskih dirkah. Leta 1962 je Karl-Heinz Panowitz z dirkalnikom Prinz II osvojil nemško prvenstvo turnih avtomobilov na gorskih dirkah (Deutsche Tourenwagen-Bergmeisterschaft) v vseh razredih.
Leto pozneje je naslov nemškega prvaka na gorskih dirkah osvojil Siegfried Spiess, ki je leta 1965 ponovil uspeh in za volanom dirkalnika NSU Prinz 1000 postal nemški prvak v vseh razredih.
Nato je nastopilo obdobje NSU/Wankel. V sezonah 1967 in 1968 je Spiess znova postal gorski prvak v vseh razredih, tokrat z vozilom NSU/Wankel Spider. Leta 1966 je dvojec Panowitz/Strunz osvojil nemško prvenstvo na rallyju GT, Günther Irmscher pa skupno zmago na Tour d'Europe. Med letoma 1961 in 1968 je skupno kar šest naslovov nemškega prvaka pripadlo avtomobilom znamke NSU, na mednarodnem prizorišču pa je znamka med letoma 1962 in 1967 osvojila 29 naslovov prvaka v kategoriji turnih avtomobilov.
Znamka NSU je v začetku 20. stoletju nizala uspehe tudi na motociklističnih dirkah. Leta 1905 je na prvi, več kot 660 kilometrov dolgi dirki “Eisenach–Berlin–Eisenach” postavila cestni rekord z motorjem z dvema konjskima močema. Leto 1907 ji je prineslo prvo zmago na najpomembnejši motociklistični dirki na svetu, dirki “Tourist Trophy”, leta 1908 pa je na dirkališču v Hannovru dosegla hitrostni rekord 106 km/h. Leta 1910 je pozornost javnosti pritegnil William Streiff z vožnjo po ZDA od San Francisca do New Yorka – v 28 dneh je prevozil 6.300 km po neasfaltiranih cestah. Leto pozneje je sledila zlata medalja na dirki “Tourist Trophy”.
Leta 1930 je NSU v Neckarsulm pripeljal Angleža sira Williama Moora kot novega glavnega oblikovalca dirkalnih strojev. Moore in britanski dirkač Tom Bullus sta bila izjemna ekipa, ki je zmagovala povsod, kjer se je pojavila. Med letoma 1935 in 1937 je znamka osvojila več prvenstev v Nemčiji in Švici.
Leta 1947 je NSU osvojil naslov nemškega prvaka v kategorijah motorjev s prostornino do 600 in 1.000 kubičnih centimetrov s stransko prikolico s kompresorjem. Leto kasneje je Wilhelm Herz postal nemški prvak s 350-kubičnim motociklom NSU s kompresorjem, leta 1950 pa je ta naslov prevzel Heiner Fleischmann. Leta 1953 je Werner Haas postal dvakratni svetovni prvak v razredih do 125 in 250 cm³, v istih razredih je osvojil tudi naslova nemškega prvaka.
Največji uspeh je NSU dosegel na dirki “Tourist Trophy” (TT) leta 1954 na Otoku Man. Znamka je prevladala v razredu do 125 kubičnih centimetrov, v razredu do 250 kubičnih centimetrov pa je zasedla prva štiri mesta. Istega leta je Haas na svetovnem prvenstvu zmagal v razredu do 250 cm³, Rupert Hollaus pa v razredu do 125 cm³. Haas je znova osvojil tudi dva naslova nemškega prvaka, in sicer v razredih do 125 in 250 kubičnih centimetrov, Hermann Paul Müller pa naslov nemškega prvaka v razredu do 350 kubičnih centimetrov. Znamka NSU je sodelovala na 24 dirkah in prav na vseh zmagala. Leta 1955 je Müller z dirkalnikom NSU Sportmax postal prvi zasebnik na svetu, ki je osvojil naslov svetovnega prvaka v razredu do 250 kubičnih centimetrov. Vendar znamka NSU ni slavila uspehov le na dirkališčih: med letoma 1955 in 1967 si je zagotovila 23 naslovov nemškega prvaka v terenskem motošportu.
12. aprila 1951 so se z motocikli NSU prvič po drugi svetovni vojni lotili postavljanja hitrostnega rekorda avtocesti München-Ingolstadt. Wilhelm Herz je s poenostavljenim motornim kolesom NSU dosegel hitrost 279,5 km/h in podrl rekord, ki ga je 14 let prej postavil Ernst Jakob Henne z BMW. Leta 1956 je Wilhelm Herz na stezi Bonneville Salt Flats v ameriški zvezni državi Utah s hitrostjo 339 km/h podrl absolutni svetovni rekord za motorna kolesa. Leta 1956 je NSU torej držal vse možne svetovne hitrostne rekorde za motorna kolesa.
