Компания, осознавая недостаточность гонок на voiturette, решила попробовать свои силы в grandes épreuves. Это заставило разработать знаменитый tour de force: dohc 7,6-литровый четырёхцилиндровый двигатель (110×200 мм) с четырьмя клапанами в цилиндре. Новый автомобиль оказался намного быстрее своих соперников, и в 1912 году Жорж Буальо одержал победу на French Grand Prix со средней скоростью 68,45 км/ч, несмотря на потерю третьей передачи и принудительную остановку на пит-стопе. В мае 1913 года этот же приз был взят в Индианаполисе, где буальо показал среднюю скорость 75,92 км/ч и максимальную скорость 93,5 км/ч. В 1914 году 3-литровый L5 Жоржа Буальо установил новый круговой рекорд на Инди со скоростью 99,5 км/ч, в то время как Дерей занял второе место (после бывшего звезды Peugeot Рене Томаса на Delage с объемом двигателя 6235 см³). Другая модель (под руководством брата Жоржа Буальо — Андре) участвовала в 1915 году, а похожие автомобили побеждали в 1916 году (Дарио Реста) и в 1919 году (Хоуди Уилкокс). В 1913 году для Гран-При Франции был выпущен улучшенный L5 (с двигателем объемом 5655 см³), оснащенный шарикоподшипниковым коленчатым валом, работающим через зубчатый привод на распределительные валы, и сухим поддоном для смазки; все эти детали вскоре стали стандартом в гоночных автомобилях. Цуккерелли погиб во время испытания на общественной дороге, но Жорж Буальо легко выиграл гонку, что сделало его (и Peugeot) первыми двукратными победителями. В French Grand Prix 1914 года Peugeot столкнулся с Mercedes, и несмотря на новое изобретение четырехколесных тормозов (в то время как у Benz они были только на задних колесах), Буальо не смог справиться с проблемами и его автомобиль сломался. Помимо этого, модель 1914 года достигала скорости почти 103 км/ч на Инди в 1949 году, но не смогла пройти квалификацию. В 1915 году Пежо имел больше удачи на French Grand Prix и Кубке Вандербильта.