Im Top-Modell des CTS mit 229 kW/311 PS setzt Cadillac einen komplett neu entwickelten Antrieb ein. Im normalen Fahrbetrieb verteilt der Allradantrieb des Cadillac CTS 3.6 V6 AWD die Antriebskraft des Sechszylinders mit Benzindirekteinspritzung im Verhältnis 40:60 Prozent zwischen der Vorder- und der Hinterachse. Registriert die Sensorik der Steuerung Schlupf an einer der beiden Achsen, sorgt sie für eine stufenlose Neuverteilung der Antriebskräfte an diejenige Achse, die über die bessere Traktion verfügt. Diese Umverteilung kann bis zu 100 Prozent betragen. Das heißt, in Extremsituationen kann der CTS 3.6 V6 AWD als reiner Fronttriebler dem Schlupf entgegen wirken, oder bis 75 % des Antriebes auf die Hinterachse verteilen. Die Hinterachse verfügt zudem über eine mechanisch gesteuerte Lamellensperre, die die Kraft bis zu 80 Prozent an eines der Hinterräder verteilen kann.
Gegenüber herkömmlichen Allradsystemen verfügt der Antrieb des CTS über die sogenannte Vehicle Dynamic Control (VDC), eine Software, die bei der Regelung der Kraftverteilung auch mit anderen fahrdynamischen Regelsystemen, wie dem Antiblockiersystem oder der elektronischen Stabilitätskontrolle, kommuniziert.
Der 3,6-Liter-V6 mit Benzindirekteinspritzung ist neben der Variante mit Allradantrieb auch in der klassischen Version mit Heckantrieb verfügbar.
