Según Mercedes-AMG, el CLA 45 4MATIC+ de 387 CV puede acelerar de 0 a 100 km/h en 4,1 segundos y el CLA 45 S 4MATIC+ de 421 CV, en una décima menos (4,0 s). Son un poco más rápidos, por lo tanto, que el CLA 45 4MATIC de 381 CV de la generación previa (del que no había variante «S»), que empleaba 4,2 segundos en realizar la misma maniobra. Un Audi RS 3 Sedan de 400 CV, que es la única alternativa de características similares, tarda 4,0 segundos en realizar dicha aceleración.

La velocidad máxima de ambas versiones está limitada de manera electrónica, pero a 250 km/h en la versión de 387 CV y a 270 km/h en la de 421 CV. En la versión de menor potencia es posible pedir que el límite también esté fijado en 270 km/h, pero para ello es necesario instalar el paquete «AMG Driver´s Package».

El sistema de tracción total, al que Mercedes-AMG denomina «AMG Performance 4MATIC+», reparte el par motor entre los dos ejes de ruedas en función del modo de conducción seleccionado o de las condiciones de circulación. Además, como novedad, Mercedes-AMG ha añadido el sistema «AMG Torque Control», que permite distribuir la fuerza entre las dos ruedas del eje posterior de manera individual gracias a dos conjuntos de embragues multidisco (uno en cada salida del diferencial) controlados electronicamente.

Este sistema también ha permitido implementar la función «Drift Mode», con el que resulta más sencillo realizar derrapes controlados con el eje posterior (sobrevirar). Para activar dicha función, es necesario desactivar previamente el control de estabilidad.

Como en otras versiones de la gama CLA Coupé, los CLA 45 4MATIC+ y CLA 45 S 4MATIC+ tienen un selector de modos de conducción que modifican el funcionamiento del motor, la caja de cambios, el sistema de tracción total, la suspensión o incluso el sistema de climatización. La versión de 387 CV tiene cinco (Calzada resbaladiza, Comfort, Sport, Sport+ e Individual) y la de 421 CV, seis (todos los anteriores más otro llamado RACE). Adicionalmente, ambas versiones también tienen el sistema AMG DYNAMICS, con el que es posible modificar el funcionamiento de las ayudas electrónicas y por ende, las reacciones del vehículo. Hay cuatro programas: Basic, Advanced, Pro y Master.

Al igual que en el CLA 35 4MATIC+ de 306 CV, los CLA 45 4MATIC+ y CLA 45 S 4MATIC+ tienen varios refuerzos en el chasis para adaptar el mismo a la potencia de los motores y para mejorar «la experiencia de conducción». Así, Mercedes-AMG ha instalado una plancha de aluminio en la parte inferior de vano motor, una barra entre torretas en el eje delantero y varios tirantes diagonales en ambos ejes con los que la rigidez torsional es superior a la de cualquier otra versión «convencional» de la gama.

Para la suspensión, Mercedes-AMG ha mantenido el esquema McPherson del eje delantero y el multibrazo del trasero de las versiones CLA 250 y 35 4MATIC+, pero ha hecho modificaciones importantes en la geometría de los mismos (caída y convergencia, por ejemplo) y ha instalado casquillos más rígidos. Opcionalmente se pueden pedir unos amortiguadores con tres niveles de ajuste predefinidos: comfort, normal y sport.

Las llantas de serie de la versión de 387 CV son de 18 pulgadas y llevan montados unos neumáticos en medidas 245/40, mientras que la de 421 CV tiene unas llantas de 19 pulgadas con neumáticos 255/35. Opcionalmente, ambas versiones se pueden pedir con unas llantas forjadas de 19 pulgadas con un diseño distinto. 

El sistema de frenos también difiere en función de la versión elegida. El del CLA 45 4MATIC+ de 387 CV tiene unos discos delanteros de 350 x 34 mm (diámetro y grosor) mordidos por pinzas de 4 pistones, mientras que el del CLA 45 S 4MATIC+ tiene unos discos delanteros más grandes (360 x 36 mm) y pinzas de seis pistones. En el eje posterior no hay diferencias: ambas versiones tienen discos de 330 x 22 mm y pinzas monopistón.

Además de los mencionados cambios mecánicos citados, los CLA 45 4MATIC+ y CLA 45 S 4MATIC+ tiene varios elementos estéticos que los distinguen de otras versiones de la gama. Por fuera son diferentes los paragolpes, la parrilla, los pasos de rueda y el difusor aerodinámico trasero, tiene unas llantas con un diseño exclusivo, cuatro salidas de escape de 82 (versión de 387 CV) o 90 mm de diámetro (versión de 421 CV) y un pequeño alerón sobre la tapa del maletero. En el habitáculo son diferentes los asientos (tienen unos deportivos tapizados en simil cuero y tela) y el volante, tienen molduras decorativas en rojo (versión de 387 CV) o amarillo (versión de 421 CV), una instumentación con tres formas exclusivas de presentar la información (Clásico, Sport o Supersport), unos pedales de acero y unas alfombrillas exclusivas.

El sistema multimedia, que es el MBUX que Mercedes-Benz utiliza en el resto de versiones de la gama, tiene una función específica que permite mostrar datos relativos a la conducción (fuerzas longitudinales y transversales o tiempos por vuelta en circuito) o al motor (potencia y par entregados, presión de la sobrealimentación o temperatura del aceite).