Возникающие в полете срыв на лопастях несущего винта, движущихся назад, и волновое сопротивление у движущихся вперед ограничивали скорость полета вертолета. Низкое по сравнению с самолетом эквивалентное аэродинамическое качество вертолета существенно ухудшало его летно-технические характеристики. Невысокая весовая отдача снижала производительность вертолета. Дорогим оставалось производство и эксплуатация. Все это требовало внесения существенных изменений в конструкции новых машин. Иначе нельзя было рассчитывать на расширение производства и использования вертолетов. Особенно важно было улучшить производительность, упростить обслуживание для гражданского применения, ибо компании, наладившие регулярное пассажирское сообщение, были убыточными и нуждались в государственных дотациях.
В соответствии с новыми требованиями повышения экономичности изменились, усложнились и критерии оценки производительности. На смену критериям, учитывающим только весовую отдачу и скорость полета, пришли более комплексные, учитывающие расход топлива и аэродинамическое совершенство вертолета, требования к безопасности и комфорт в пассажирской кабине.
Основной отличительной чертой вертолетов второго поколения было оснащение их газотурбинными двигателями (ГТД) вместо поршневых. ГТД были значительно легче, они обеспечивали существенное увеличение весовой отдачи, имели значительно меньшие габариты, что облегчало компоновку. Новые двигатели можно было свободно располагать над фюзеляжем, а меньший мидель улучшал аэродинамические характеристики вертолета. Для ГТД использовался менее пожароопасный по сравнению с бензином керосин, двигатели были проще в эксплуатации. Большую роль в их освоении сыграл опыт, полученный при испытаниях вертолета Сикорского S-59 с двигателем Шидловского. Он позволил выработать к ним ряд необходимых требований.
Отличительной особенностью вертолетов второго поколения были их улучшенные аэродинамические характеристики. Улучшение достигалось по двум направлениям: совершенствование аэродинамики несущих винтов и уменьшение вредного сопротивления ненесущих элементов. Если на вертолетах первого поколения эквивалентное аэродинамическое качество не превышало 3, то на аппаратах второго поколения оно достигло уже 5. Совершенствование конструкции, освоение новых технологий позволили упростить производство и эксплуатацию.
Освоение производства новых вертолетов второго поколения, обладающих высокими технико-экономическими показателями, позволило значительно расширить их область применения, долю в общем парке летательных аппаратов. В 1967 г. в США производство вертолетов для вооруженных сил уже превзошло производство самолетов.
И. И. Сикорский вплоть до своей кончины 26 октября 1972 г. от сердечного приступа оставался консультантом фирмы. Еще за день до смерти он работал в своем кабинете. Оставив место руководителя, конструктор продолжал быть в курсе дел фирмы, оказывал влияние на разработку новых вертолетов.
Создав парк машин различных классов первого поколения, Игорь Иванович во второй половине 50-х годов приступил к разработке вертолетов второго поколения. К моменту создания вертолетов конструктор уже был на пенсии, но строились они по концепции, разработаны конструкторским коллективом при непосредственном руководстве Сикорского. В результате в 11-месячный период 1958-1959 гг. было построено три вертолета: уже отмеченный S-60, а также S-61 и S-62.
Первым из вертолетов второго поколения взлетел 10 мая 1958 г. легкий многоцелевой S-62, предназначавшийся для замены S-55. На вертолете использовались отработанные и доведенные несущий винт, система управления и трансмиссия от S-55. Это значительно упростило и ускорило разработку S-62, серийное производство которого началось уже в 1959 г. S-62 имел тот же взлетный вес, что и S-55, но отличался от него значительно улучшенными технико-экономическими характеристиками. Этому способствовали установка газотурбинного двигателя и новая конструкция фюзеляжа с облагороженными аэродинамическими формами. Нижняя часть фюзеляжа вертолета впервые представляла собой лодку, обеспечивающую безопасную посадку на воду. Здесь пригодился опыт, накопленный фирмой в 30-е годы.
Вертолеты S-62 хорошо зарекомендовали себя в качестве пассажирских, но особенно эффективными они оказались в поисково-спасательных операциях. Когда в 1965 г. разрушительный ураган Бетси пронесся над Новым Орлеаном, с помощью S-62 Береговой охраны США в течение нескольких дней было спасено свыше 1000 человек.
Наиболее распространенной машиной фирмы Сикорского, одной из самых лучших в мировом вертолетостроении стала S-61 «Си Кинг». Первый полет она совершила 11 марта 1959 г. Ненамного превосходя S-62 по размерам, S-61 по грузоподъемности превосходила ее более чем вдвое. Эта машина предназначалась для замены S-58. Мощные газотурбинные двигатели, несущий винт с высоким КПД, удобообтекаемый фюзеляж обеспечили существенное улучшение технико-экономических показателей. По сравнению с S-58 S-61 обладал более высокой весовой отдачей, грузоподъемностью, скоростью, дальностью и продолжительностью полета. В 1961-1962 гг. на S-61 установлено пять мировых рекордов скорости, в том числе 7 февраля 1962 г. абсолютный - 339 км/ч на базе 19 км. На внешней подвеске S-61 мог поднимать 3175 кг. Нормальная продолжительность полета достигала 4 ч, нормальная дальность - 870 км.
В марте 1965 г. на S-61 установлен мировой рекорд дальности полета по прямой - 3389 км. С 1965 г. начались испытания системы дозаправки S-61 в полете. Благодаря таким дозаправкам продолжительность полета стала практически неограниченной. В июне 1967 г. на поисково-спасательном S-61 (НН-3) впервые был осуществлен при девяти дозаправках беспосадочный трансокеанский перелет через Атлантику. Два S-61, стартовав в Нью-Йорке, приземлились в Париже. Дальность полета составила 6710 км со средней скоростью 221 км/ч, продолжительность - 30 ч 46 мин. Заправка в воздухе осуществлялась от «Летающего танкера» «Локхид» НН-130. Используя механизацию крыла, самолет снижал скорость почти до посадочной. С концов его крыльев выпускались гибкие шланги с конусами-уловителями. Из носа S-61 выдвигалась за пределы диаметра несущего винта телескопическая штанга с установленным на конце топливоприемником.
Для облегчения пилотирования S-61 на вертолет были установлены автопилот, система автоматической стабилизации при висении над точкой, система автоматического захода на посадку на палубу корабля. S-61 мог, как и S-58, эксплуатироваться всепогодно в любое время суток.
Два двигателя и лодочное днище повысили безопасность вертолета. Водонепроницаемый низ фюзеляжа был разделен на отсеки. В конструкции фюзеляжа использовался новый авиационный материал -титан. Впервые для несиловых элементов применены композиционные материалы. Для улучшения мореходных качеств днище фюзеляжа имело скулы, редан, килева-тость. По бокам фюзеляжа установлены дополнительные поплавки, в которые убирались колеса. В поплавках же размещались дополнительные надувающиеся баллоны. У воздухозаборников двигателей был установлен щиток для предохранения от забрызгивания. Внутри фюзеляжа вертолета-амфибии хватало места для размещения 16 десантников. Для улучшения эргономических характеристик на вертолете обеспечено хорошее звукопоглощение, а в 1969 г. S-61 был оснащен гасителями вибраций. На противолодочных вариантах одиночного базирования была впервые установлена система «Беакап» («медвежий капкан») принудительного притяга, фиксации на палубе и транспортировки в ангар.
Первоначально лопасти несущего винта, как и на предыдущих вертолетах Сикорского. имели D-образ-ный прессованный алюминиевый лонжерон с прикрепленными к нему хвостовыми отсеками с сотовым заполнителем. С начала 70-х годов HaS-61 устанавливаются стеклопластиковые лопасти. Лопасти и хвостовая балка складывались.