Kling berperan penting dalam mengembangkan kembalinya Mercedes ke kompetisi internasional pada awal 1950-an, dan kemenangannya pada balapan jalanan Carrera Panamericana 1952, mengendarai Mercedes-Benz 300SL yang eksperimental saat itu adalah titik penentu dalam meyakinkan manajemen Daimler-Benz bahwa motorsport memiliki tempat di masa depan Mercedes. Diundang ke skuad Mercedes Grand Prix yang dihidupkan kembali pada tahun 1954, ia finis kurang dari satu detik di belakang Juan Manuel Fangio yang legendaris pada debut Formula Satu-nya, mengambil tempat kedua di Grand Prix Prancis 1954
di sirkuit cepat Reims-Gueux. Permulaan yang menjanjikan ini tidak bertahan lama, dan dengan kedatangan Stirling Moss di Mercedes pada tahun 1955 Kling secara efektif diturunkan menjadi pembalap ketiga. Namun, jauh dari Kejuaraan Dunia, Kling meraih kemenangan mengesankan di Grand Prix Berlin (di AVUS, sirkuit kecepatan tinggi lainnya). Dia meninggalkan tim Formula Satu pada akhir musim, untuk menggantikan Alfred Neubauer sebagai kepala motorsport Mercedes. Dia berada di posisi ini selama kampanye reli mereka yang sukses pada tahun 1960-an, kadang-kadang mengambil kemudi sendiri. Pada salah satu kesempatan ia mengendarai Mercedes-Benz 220SE untuk kemenangan dalam 1961 Algiers-Cape Town trans-Afrika reli.