NA-73X: единственный, построенный на средства фирмы, прототип с двигателем «Аллисон» V-1710-39 мощностью 1100 л.с.; предусмотрена установка четырех 12,7-мм и четырех 7,62-мм пулеметов, но вооружение не устанавливалось.
NA-73 «Мустанг» Mk.I: первая серийная партия из 320 самолетов для RAF; двигатель V-1710-F3R мощностью 1150 л.с., четыре 12,7-мм и четыре 7,7-мм пулемета; многие были оснащены перспективными аэрофотоаппаратами для ведения разведки.
ХР-51: два первых серийных самолета NA-73 (номера 4 и 10) для испытаний в США.
NA-83 «Мустанг» Mk.I: вторая серийная партия (300 самолетов) для RAF с незначительными изменениями; один самолет позже получил двигатель «Мерлин 61», а два оснащены «Мерлин 65», как «Мустанг» Mk.X; один вооружен двумя 40-мм пушками «S» фирмы «Виккерс».

Полковник Хьюберт А. («Хаб») Земке, единственный человек, командовавший истребительными группами Р-38, Р-47 и Р-51 в Европе, считал Р-51D лучшим истребителем воздушного боя на высотах менее 7620 м. Он считал его вооружение вполне достаточным, хотя сам предпочитал «Тандерболт» за его прочность, его восемь 12,7-мм пулеметов (против шести у P-51D) и за его лучшие летные характеристики на большой высоте. Капитан Генри Лоуренс из 332-й истребительной группы (укомплектованной полностью темнокожими американцами) мог сравнить с P-51D только Р-39. Он считал «Мустанг» «лучшей из летательных машин, созданных человеком, много классных летчиков вышло из них в конце войны». 24 марта 1945 г., сопровождая бомбардировщики на Берлин. Лоуренс присоединился к ряду пилотов, имевших сбитые реактивные истребители Me 262.

Обозначение Р-51Е не было использовано. Три планера XP-51F (4343332-433334) прибыли из Инглвуда как первые облегченные «Мустанги» с двигателями V-1650-7 «Мерлин». За счет обширных переделок (включая установку нового крыла и шасси) удалось уменьшить максимальную взлетную массу до 4110 кг. Один из прототипов (FR409) использовался в RAF как «Мустанг» Mk.V. Два последующих облегченных «Мустанга», проходившие испытания, (43-43335/43336), получили обозначение ХР-51G (43-43335-43336) и были оснащены 1500-л.с. двигателем «Мерлин 145» фирмы «Роллс-Ройс» мощностью 1500 л.с. (1119 кВт) с необычным пятилопастным винтом «Ротол». XP-51G при массе 3975 кг развивал максимальную скорость 753 км/ч в горизонтальном полете. Один самолет (FR410) летал в RAF.

Вариант P-51D, впервые заказанный в 1943 г., интересен выпуклым фонарем кабины и увеличенным килем для решения проблем устойчивости. В позднейших модификациях Р-51D за сиденьем пилота был добавлен еще один топливный бак емкостью 322 л. Это довело общий запас топлива до величины, позволявшей Р-51D покрывать все расстояние от Англии до Берлина, что и сделала в марте 1944 г. 4-я истребительная группа подполковника Дональда Л. Блэксли. Дальние истребители, летевшие вместе с большими группами бомбардировщиков В-17 и В-24, значительно осложняли работу ПВО Третьего рейха, а сбросив подвесные баки, могли драться на равных или с превосходством со всем, что могли выставить люфтваффе. В 1944 г. первые Р-51В начали действовать в Бирме, а последние машины проводили рейды на территорию самой Японии с островов Иешима и Иводзима, но только в Европе этот самолет показал себя блестяще. Первый лейтенант 361-й истребительной группы Урбан Л. Дрю продемонстрировал это, сбив два реактивных истребителя Me-262.