Второе поколение GSX-R1000 (K3-K4) вышло в 2003 году. Двигатель остался 988-кубовым, но получил 4 вентиляционных отверстия между цилиндрами для снижения давления в картере, новый 32-битный блок управления и титановый глушитель. Мощность выросла до 164,5 л.с.
Главным нововведением стали радиальные 4-поршневые тормозные суппорты с 300-мм дисками - модель стала первым литровым мотоциклом с радиальными тормозами. Фара была изменена под вертикальное расположение, вдохновлённое Hayabusa. Рама получила внутренние рёбра жёсткости.
В 2004 году значительных изменений не было.