Der S-61R ist eine weiterentwickelte Version des S-61A und absolvierte seinen Erstflug am 17. Juni 1963. Der S-61R bekam einen größeren Rumpf, eine Laderampe, aerodynamischere Stützschwimmer und langlebigere Rotorblätter. Das Hauptfahrwerk wurde nach hinten verlegt, wobei er im Gegensatz zu seinen Vorgängern ein Bug- anstatt einem Heckfahrwerk erhielt.
Die erste Version, der CH-3C, wurde von einer 1300-WPS-starken Turbine angetrieben. Die US Air Force bestellte daraufhin die leistungsgesteigerte Version CH-3E mit 1500 WPS; die bereits ausgelieferten CH-3C wurden auf diesen Standard nachgerüstet. Für den Einsatz im Vietnamkrieg wurden 50 CH-3E zur SAR-Version HH-3E aufgerüstet, die unter dem Spitznamen "Jolly Green Giant" bekannt wurde. Zur Ausrüstung gehörten eine Panzerung, leichte Bewaffnung, eine Seilwinde und eine Sonde zur Luftbetankung, mit der die HH-3E als erste Hubschrauber der Welt einen Non-Stop-Transatlantikflug absolvierte – im Jahr 1967 mit vier Tankstopps in der Luft von New York nach Paris in rund 30 Stunden.
Eine zivile Version ohne Panzerung, jedoch mit Seilwinde, ist der HH-3F Pelican, der von der US-Küstenwache verwendet wird.

