V průběhu osmdesátých let se rotačním motorem poháněná Mazda RX-7 stala jedním z předních vozů šampionátu IMSA GT, v němž získala přibližně 100 vítězství. Závodní auto vycházející z produkčního provedení RX-7 zprvu závodilo ve třídě GTU (U jako under), která byla omezená nejvyšším objemem motoru pod 2,5 litru, později pod 3 litry. Tým povzbuzený velkými úspěchy ve třídě GTU se pro sezónu 1990 přesunul do vrcholné třídy IMSA GTO (O jako over), jíž charakterizovaly závodní motory s objemem přesahujícím hodnotu tří litrů. Mazda přímo z Japonska poskytla technickou podporu a ještě důležitější plné financování závodního snažení.

Nejdříve nebyly rozdíly mezi vozy tříd GTU a GTO natolik rozdílné. Lišily se převážně objemy jednotlivých motorů, ale postupem let z nich výrobci, k nimž se připojila i Mazda, udělali zcela jiné vozy. Charakteristickým prvkem spojujícím sériová auta se závodními byla plechová střecha, podle níž mohli diváci snadno poznat, o jaký model z běžné produkce se vlastně jedná. Zbytek karoserie byl střižený na míru potřebám každého z týmů a nebyla nouze o velké přítlačné plochy a křídla. Povolená hmotnost tří a více litrových vozů byla od 860 do 1 200 kilogramů a maximální přípustný objem motorů byl stanovený na šest litrů, čímž byla dovolená rozdílnost na startovním roštu.

Japonská Mazda dodala týmu zásilku čtyřrotorových wankelů vyvinutých pro použití ve vytrvalostním závodě 24 Hour of Le Mans. Jednotka známá jako 13J vznikla spojením dvojice dvourotorových agregátů z RX-7, což bylo vzhledem ke konstrukci rotačního motoru relativně snadné. Velkou slabinou motoru však byla dlouhá excentrická hřídel, která byla náchylná k selhání ve vysokých otáčkách. Čtyřrotor byl vybavený nejnovějším elektronickým vstřikováním a v provedení pro RX-7 GTO dokázal vyvinout až 600 koní a 529 newtonmetrů. Veškerá hnací síla putovala na zadní kola prostřednictvím pětistupňového manuálu Hewland.

Značka pro navržení vozu okolo motoru najala konstruktéra Leeho Dykstra, který se proslavil Jaguary amerického týmu Group 44 Racing. Pro závodní RX-7 připravil ocelový prostorový rám oblečený do panelů z hliníku a uhlíkových vláken. Ačkoliv byl oproti sériovému autu výrazně širší a vyšší, stále jej dostatečně připomínal. Zavěšení bylo provedené lichoběžníkovými nápravami pro všechna kola, které bylo doplněné tlumiči a pružinami typu push-rod. Brzdnou sílu zajišťovaly masivní odvětrávané kotoučové brzdy AP Racing. Kompletně sestavený speciál Mazda RX-7 GTO dosáhl hmotnosti 1 020 kilogramů.

Závodní tým Mazda USA do prvního vozu usadil obhajujícího šampióna Peta Halsmera, do druhého pak Jima Downinga. Domovem týmu se stalo dealerství Mazdy v Atlantě, odkud vyjížděl na jednotlivé závody. Debut RX-7 byl v roce 1990 velkolepý, jelikož sezóna startovala vytrvalostním závodem Daytona 24 Hours. První vůz však musel ze závodu odstoupit kvůli závažným problémům s motorem, druhý se však umístil na druhé pozici ve třídě. První vítězství v sezóně získala RX-7 GTO v pátém závodě, v němž s ní obsadil první místo Halsmer. Hned na to následovalo vítězství v Mid-Ohio.

Halsmerovo nejvýznamnější vítězství sezóny 1990 se dostavilo na závodním okruhu v San Antoniu, kde GTO získala celkové 100. vítězství pro RX-7 v soutěži IMSA. Po němž již Halsmer nedokázal získat další vítěznou trofej, avšak tři zlaté medaile v první sezóně byly dobrým výsledkem. Po několika prvních závodech se týmový kolega Downing rozhodl ze šampionátu odstoupit, jelikož potřeboval více času, aby se věnoval pracovním povinnostem. Jeho první náhradou se stal návrhář Mazdy Elliott Forbes-Robinson, kterého později v roce 1990 nahradil vítěz Le Mans Price Cobb. Pro rok 1991 zůstal Cobb aktivní nepřetržitě.

Další rok vývoje se vyplatil, jelikož Halsmer a Cobb dominovali v závodech třídy IMSA GTO sezóny 1991. Halsmer ukořistil tři vítězství, Cobb pak další dvě. Wankelové Mazdy nemohla zastavit ani penalizace v podobě přidání 45 kilogramů hmotnosti. Halsmer a Mazda ukončili druhou sezónu jako šampióni. V polovině roku začala ambiciózní práce na účasti ve třídě IMSA GTP pro rok 1992. Za návrh auta byl opět odpovědný Dykstra a uprostřed jeho podvozku byl namontovaný nový motor R26B. Mezitím třída IMSA GTO skončila a dvojice RX-7 byla odeslána do domácího Japonska.

O dva roky později Mazda oprášila úspěšnou Halsmerovu RX-7 GTO pro vstup do závodu Le Mans 1994 ve třítě IMSA GTS. Zde se wankelový závodní vůz postavil proti svému starému soupeři, Nissanu 300 ZX Turbo. Výsledkem bylo druhé místo ve třídě a 15. celkově. Později téhož roku vůz ještě nastoupil do závodu 1 000 km sportovních vozů v Suzuce. Jelikož už byl zralý do závodního důchodu, stala se účast v Suzuce jeho posledním ostrým nasazením. Z dvojice smontovaných vozů jeden zůstal vystavený v Japonsku, druhý byl vrácený do Spojených států, kde byl zrenovován do stavu nového.

S pozastavením programu GTO koncem roku 1991 se dlouhá a úspěšná kariéra RX-7 přiblížila svému konci. S tažením proti tvrdé konkurenci pomohly i soukromé týmy, s nimiž RX-7 získala celkem 106 vítězství, z nichž osm si připsala varianta GTO. Ta dodnes zůstává nejextrémnějším závodním vozem, který kdy byl postavený na základech Mazdy RX-7 FC3S.