Sonic 2 hatte das Genesis aber bereits bis an seine Grenzen ausgereizt. Weshalb die Verwendung des SVPs so wichtig für Yuji gewesen war. Alles was ihm und seinem Team jetzt noch blieb, war Sonic 3 größer als je zuvor zu machen. Sonic 3 müsse wie Phantasy Star IV auf einem 24 Mbit Modul ausgeliefert werden, statt der bisherigen 8. Auf diese Weise würde das Game Yuji Nakas letztem Genesis Spiel ebenbürtig werden. Die Spiel-Level einfach drei Mal so groß wie bisher zu gestalten, würde aber wohl nur wenige zum Kauf anspornen. Deshalb sollte Sonic 3 einen dritten spielbaren Charakter bekommen, durch welchen gänzlich unterschiedliche Wege durch die Level möglich werden würden. Der anfangs Dreds und am Ende Knuckles getaufte rote Rivale, erhielt recht spitze Rastalocken zum Gleiten und stachelige Handschuhe zum zerschlagen von Felsen. Die Hintergrundgeschichte des Echidna wurde seine Vergangenheit, als Wächter des Master Emerlads auf einer fliegenden Insel. Dem Sonic Team wurde jedoch ziemlich schnell klar, dass sie mindestens doppelt so viel Zeit bräuchten, wie ihnen zur Verfügung stand. An dem Punkt kam Paul Rioux [:Rio], Segas Executive Vice President, auf eine rettende Idee. Inspiriert durch das von Codemasters produzierte Game Genie Cheat-Modul, schlug er vor Sonic 3 und Knuckles auf zwei Module zu verteilen, die sich ineinander stecken ließen. Das zweite Spiel würde somit neue Features im ersten freischalten. Auf diese Weise bekamen Sonic und Tails fürs erste Spiel verschiedene Charaktereigenschaften, die sie auf unterschiedlichem Wege durch die Level führten und der eigentliche Kick des Spiels würde acht Monate später mit Sonic & Knuckles nachgeliefert werden. Sega teilte effektiv ein Spiel auf zwei Module auf und verkaufte sie separat.
Pepsi hatte mit ihrer „The choice of a New Generation“ Werbekampagne Mitte der 80er durch Michael Jackson den größten Boost ihrer Laufbahn erlebt. Etwas derartiges versprach sich Tom ebenso, als er Michael Jackson für den Sonic 3 Soundtrack anwarb. Auch wenn Jacksons Moonwalker Spiel sich nicht als der erhoffte Verkaufsschlager erwiesen hatte, war der King of Pop trotzdem ein gewaltiger Fan von Sega und Sonic um speziellen. Somit ließ er sich spielend leicht überzeugen und stellte wahrhaftig einige exzellente Songs für sämtliche Level des Spiels zusammen. Bedauerlicherweise kamen im Laufe der Spielentwicklung jedoch Gerüchte auf, Jackson würde sich an Kindern vergehen. Weshalb Sega den Soundtrack nie verwendete und in letzter Minute STIs Howard Drossin Ersatz komponieren musste. Eine Meisterleistung, bemessen daran, dass die größeren Level jetzt in zwei Abschnitte unterteilt waren, welche sowohl durch einen zusätzlichen Zwischenboss als auch individuellen Song bestachen. Die Sonic 3 Level griffen deutlich stärker ineinander als zuvor. Sie waren teilweise sogar mit kurzen Zwischensequenzen durchsetzt. So zerrte Knuckles Sonic am Ende der ersten Zone Beispielsweise einen Wasserfall herunter, was den Spieler in den folgenden Wasserlevel versetzte. Passend dazu wurde Sonics Schild durch drei unterschiedliche Elementarschilde ersetzt, von denen ihn einer in eine Luftspendende Blase einhüllte. Abgesehen von der gestiegenen Modulgröße umfasste das Spiel außerdem eine Batterie zum Abspeichern des Spielfortschritts. Was dank der neuen Levelgröße ein willkommenes Feature war. Sonic 3 erschien mit der geplanten McDonalds Promotion am amerikanischen „Groundhog Day“, den Sega als “Hedgehog Day” relabelte.
Knuckles sahen Sonic 3 Spieler in der Tat nur für kurze Augenblicke am Levelende oder im 2-Spieler-Competetive-Mode. Wirklich spielbar wurde er erst mit den vier neuen Zonen und zwei neuen Bonus-Runden des im Oktober folgenden Sonic & Knuckles Moduls. Der rote Rivale spielte sich ähnlich wie Sonic, musste jedoch auf Schilde verzichten und konnte nicht so hoch springen. Dafür durfte er Steine zerschlagen, auf halben Weg durch die Luft gleiten und die meisten Wände erklimmen. Die Lock-On Technologie des Moduls, ermöglichte es das Sonic 3 Modul als Erweiterung des Standardmoduls oben aufzusetzen. Wodurch alle acht Zonen beider Spiele wahlweise als Sonic, Knuckles oder Tails durchquert werden durften. Bedauerlicherweise musste das ganz von Vorne geschehen, egal welche Savegames auf dem Sonic 3 Modul existierten. Dafür wartete die neue Technologie jedoch mit einer weiteren Überraschung auf. Denn abgesehen vom Sonic 3 Steckmodul, war der Erweiterungsslot natürlich technisch gesehen zu jedem anderen Modul kompatibel und so durften sich Käufer ebenfalls über Knuckles in Sonic 2 freuen, wenn sie das Spiel ihr eigen nannten.
Sega ließ sich für die Promotion des Spiels erneut nicht lumpen. Sie veranstalteten Wochen zuvor bereits in sämtlichen Ländern der Welt Sonic Turniere. Der Gewinner jedes Landes wurde in Sträflingskleidung zum Sonic & Knuckles Release nach Alcatraz bei San Francisco gebracht. Wo er in der von MTV übertragenen „Rock the Rock“ Schlacht gegen den Rest des Planeten antrat. Amerikas Kunstfliegerstaffel, die Blue Angels, veranstalteten rein zufällig an dem Tag Trainingsflüge in der San Francisco Bucht, was die Veranstaltung weiter pushte. Beide Module zusammen verkauften sich nicht nur dadurch letztlich mehr als vier Millionen Mal.
Nach San Francisco in einen Nachtclub flog Sega ebenfalls Journalisten sämtlicher nordamerikanischer Spielemagazine, als es um den Launch ihrer 32-Bit Genesis Erweiterung, dem 32X ging. Jedoch versuchten viele Nach Toms Ansprache Reiß aus zu nehmen, weil ihnen die Musik des engagierten Rappers zu ohrenbetäubend wurde. Für sie gab es jedoch kein Entkommen, da die Shuttles längst abgefahren waren und erst zum geplanten Ende der Veranstaltung zurückkehrten. Deutlich besser schien sich der „32-Bit Einstieg des Armen Mannes“, als welchen Sega die Erweiterung vermarktete, zunächst zu verkaufen. Die Händler bestellten in zwei Monaten über eine Millionen Exemplare des 32X bei Sega. Dann setzten die Bombardements der Konkurrenz ein. 3DO Company Gründer Trip Hawkins beschrieb den Adapter als „Bandage“ und keine echte Next-Generation Konsole. Denn selbst wenn Kunden das Sega CD und 32X kauften, waren sie nicht auf einer Stufe mit dem Saturn. Sega vermarktete es zwar als Alternative zu ihrer 32-Bit Saturn Konsole, aber das bedeutete nicht, dass die Erweiterungen das Genesis kompatibel zu Saturn Spielen machten. Verursacht durch die äußerst kurze Entwicklungsspanne des Systems, waren zum Release am 21. November 1994 auch nur drei Spiele verfügbar. Von denen das bereits fürs Genesis veröffentlichte Virtua Racing in der Deluxe Version noch die lohnenswerte Wahl war und auf Platz 2 der besten 32X Spiele überhaupt kam. Es bot zwei neue Strecken und Fahrzeuge. Die Portierung von id Softwares ein Jahr zuvor erschienen Doom war hingegen ein klarer Rückschritt. Nicht nur der Bildschirmgröße offenbarte die verkürzte Entwicklungszeit, dem Spiel fehlten auch zahlreiche Level. Star Wars Arcade brachte es sogar bei wohl gestimmten Pressevertretern nur auf 60% Wertungen. Was dem 32X zum Launch ganz klar fehlte, war ein neues Sonic. Sega hatte das vom Technical Institute entwickelte Sonic 32X zwar auf der vorangegangen CES angekündigt, doch Yuji Naka stellte es ein, bevor es das Licht der Welt erblickte.