Den Übergang zum „Dach über dem Kopf“ ging NSU relativ spät an, erklärbar durch die gerade bei dem Neckarsulmer Unternehmen ganz besonders ausgeprägte Hochkonjunktur bei motorisierten Zweirädern.
Ursprünglich hatte man auch ein besonders motorradnahes Fahrzeug im Sinn; ein dreirädriger Kabinenroller mit Triebsatzschwinge sollte komfortbewussteren Motorradfahrern angeboten werden. Bald siegte jedoch die Einsicht, dass ein richtiges Auto auch auf vier Rädern stehen müsse. Angetrieben wurde es durch einen 600er-Viertaktmotor mit 20 PS im Heck, für den der neue Maxmotor mit seiner Schubstangensteuerung Pate gestanden hatte. Immerhin beschleunigte er das Leichtgewicht auf 105 km/h! Die Heckmotormode bedingte einen vorderen Kofferraum. Der Wagen, der den Namen Prinz
erhielt, war in drei Varianten mit unterschiedlichen Ausstattungen und Motoren käuflich zu erwerben.
1963 stand auf der IAA in Frankfurt am Main das erste Serienauto der Welt mit Kreiskolbenmotor, der NSU/Wankel Spider. Äußerlich sah er aus wie der seit einigen Jahren hergestellte Sport-Prinz, aber unter der Heckhaube wirkte ein 50-PS-Wankelmotor, der das Auto 150 km/h schnell machte!
Bereits 1961 war der NSU Prinz 4 vorgestellt worden. Er besaß eine völlig neue Karosserie, die dem Zeitgeschmack besser als die bisherigen recht rundlichen Aufbauten entsprach. Der luftgekühlte, oben gesteuerte 30-PS-Motor war nach wie vor im Heck angeordnet. Der Wagen kam sehr gut an, 1963 waren bereits ca. 74.000 Stück davon verkauft.
Als im Folgejahr der NSU Prinz 1000 L vorgestellt wurde, zeigten sich Händler und Techniker recht optimistisch. DerWagen sollte in seiner Spritzigkeit und Dynamik höheren Ansprüchen gerecht werden. Dies lag vor allem am neuen 43-PS-Motor, der nun im Heck quer liegend angeordnet, jedoch immer noch luftgekühlt war. 1965 zogen auf dem NSU Stand der Frankfurter Ausstellung zwei neue Typen die Blicke auf sich. Einmal handelte es sich um den NSU Typ 110 mit 1.100er-Motor und größerer Karosserie als teureres und größeres Modell.
Der andere Wagen war der NSU Prinz 1000 TT mit 55 PS als sportliche Variante des Prinz 1000. Nachfolger wurde 1967 der NSU TT mit 1.200er-Motor und 65 PS. Der letzte Neue dieser Reihe war der NSU TTS mit 1.000er-Motor und 70 PS Leistung (1967). 1967 schließlich war der NSU Stand der Magnet der
gesamten Ausstellung.
Der RO 80 mit Kreiskolbenmotor erregte die Gemüter nicht nur wegen des 115-PS-Wankelmotors, sondern auch wegen seiner weiteren Neuerungen, die äußerlich vor allem in der aerodynamisch günstigen Karosserieform sichtbar wurden. Der mit einem aufwendigen Fahrwerk versehene, völlig neu konstruierte Wagen besaß Frontantrieb und kennzeichnete damit auch bei NSU die Abkehr von der viel weniger günstigen Heckmotorbauweise. 1968 wurde der RO 80 mit der Auszeichnung „Auto des Jahres“ gewürdigt. Tatsächlich war dies ein großer Erfolg der NSU Techniker. Sie schrieben mit diesem Wagen Automobilgeschichte, gewiss nicht zum ersten, jedoch nun zum letzten Mal.