В 2004 г. компания Lockheed Martin приступила к разработке модернизированного самолёта С-5М Super Galaxy, и летом 2006 г. начались его лётные испытания (первый полет - 19 июня). C-5M, как и его предшественники, предназначен для стратегических грузовых перевозок между театрами военных действий. Максимальная грузоподъёмность самолёта достигает 120 т, что стало возможным, благодаря усилению фюзеляжа. Одновременно обновили силовую установку, заменив двигатели TF39-GE-1C более экономичными CF6-80C2 (F108-GE-100) фирмы General Electric.

Этими же ТРДД (вместо отечественных Д-18) для более экономичных авиаперевозок в интересах NATO предполагалось оснастить и "Русланы". Но не сложилось. В СМИ эту ситуацию "обсасывали" очень долго, но в итоге сошлись на мнении, что американцы побоялись ставить на русские машины свой сверхсекретный двигатель, поскольку его неизбежно скопируют, и заломили за это заведомо непомерную цену. В итоге сегодня NATO оплачивает из своего бюджета "аппетиты" русского Д-18, а Европа, стиснув зубы (а также, заткнув нос и уши) терпит пресловутую "неэкологичность и шумность" нашего авиамотора.

На С-5М установлены также современные системы связи и обработки информации, что позволяет эксплуатировать самолёт в СМУ. В ноябре 2006 г. взлетел второй экземпляр C-5M. Предусмотрено несколько вариантов загрузки самолёта. В частности: 363 полностью экипированных бойца; 36 грузовых платформ 463L; два танка М60 или М1А1; танк М1А1 и две БМП М2 Bradley; четыре танка М551 и автомобиль Нammer, десять ББМ LAV-25; шесть вертолётов Black Hawk; вертолёт СН-47 Chinook; пять БТР М113; два герметизированных контейнера с МБР Minuteman.

Командование американских ВВС планирует с 2009 по 2020 гг модернизировать 111 самолётов С-5А, С-5В м С-5С в вариант С-5М.