Завод фирмы в Лос-Анджелесе не мог справиться с заказом на 400 самолётов от ВВС США и 1000 самолётов от RAF. Требовалось второе предприятие. «Норт Американ» имела второй завод в Далласе, Техас, но он был занят производством бомбардировщиков В-24 «Либерейтор». Дополнительный заказ на ещё 1350 P-51В от ВВС США поставил точку в этом деле — в Далласе перешли на выпуск «Мустангов». Изготовленные там самолеты практически не отличались от машин, выпускавшихся в Лос-Анджелесе, но имели обозначение P-51С. Первый серийный P-51В взлетел 5 мая 1943 года, а в августе состоялся первый полёт серийного P-51С.

Первые серийные «Мустанги» с моторами «Мерлин» появились в Европе в сентябре 1943 года. После расконсервации и сборки, 11 ноября 1943 года, новые самолёты были переданы 354-й FG, базировавшейся в Бокстеде. Интересно отметить, что 354-я FG, входившая тогда в состав 9-й Воздушной Армии, являлась подразделением истребителей-бомбардировщиков! ВВС США все ещё не верили в P-51, несмотря на то, что его дальность была вдвое больше, чем у любою другого истребителя на европейском ТВД, да и остальные лётные характеристики были просто великолепными. Только командование 8-й Воздушной Армии видело в P-51 тот истребитель, который сможет защитить его бомбардировщики на всём пути к целям в Германии и обратно. Оно настаивало на том. чтобы 354-й группе поручили задачи сопровождения. Первый боевой вылет на P-51 В пилоты 354-й группы выполнили 1 декабря 1943 года, проведя ознакомительный полёт над территорией оккупированных Бельгии и Франции. В тот лень группу вел полковник Дон Блейксли — легендарный ветеран эскадрильи «Eagle», командовавший в то время 4-й FG. Все самолёты благополучно вернулись на базу, хотя один из них получил незначительные повреждения от огня зениток. Первый раз на сопровождение группа вылетела 5 декабря 1943 года. Цель находилась в Амьене, Франция, и никакого сопротивления со стороны истребителей Люфтваффе не было.

Впервые 354-я группа столкнулась с самолётами противника 11 декабря 1943 года, когда сопровождала своих «больших друзей» к Эмдену. Немцы в бой не вступали и стороны разошлись без потерь. 13 декабря 354-я группа эскортировала бомбардировщики при налёте на Киль, располагавшийся в 772 км от Бокстеда — самое большое расстояние, на которое когда-либо проникали истребители Союзников на территорию Германии. Группа немецких истребителей Bf 110 пыталась атаковать эскортируемые бомбардировщики. «Мустанги» отразили атаку. Лейтенант Глен Иглетон добился нескольких попаданий во вражеский самолёт, но ему пришлось вернуться в строй. Во время налёта на Бремен 16 декабря лейтенант Чарльз Гамм сбил Bf 110, который стал первой подтверждённой победой P-51В в ходе войны. В общей сложности пилоты 354-й FG одержали ещё 700 воздушных побед — больше, чем любое другое подразделение Союзников во Второй Мировой войне!

Доработки P-51В/С продолжались в ходе серийного производства. Начиная с серий P-51B-10 и С-5, стали устанавливать новый мотор V-1650-7. Его мощность возросла до 1590 л.с. на высоте 2590 м. Установка топливного бака ёмкостью 321 литр за местом пилота позволила ещё увеличить и без того феноменальную дальность полёта P-51В. Правда, установка бака несколько повлияла на управляемость, но эту проблему впоследствии решили установкой цельнометаллических рулей высоты.

Британцы начали использовать P-51B/С, которым они присвоили обозначение «Мустанг III», в феврале 1944 года, когда первые самолёты нового типа поступили на вооружение 19-й эскадрильи. Англичане доработали свои самолёты, установив на них новый выпуклый фонарь кабины, называвшийся «колпаком Малькольма», который значительно улучшал обзор. Несмотря на то, что это было британской разработкой, американские истребительные группы тоже постарались обзавестись такими фонарями, бывшими в страшном дефиците.

К концу войны P-51В/С несли службу на всех фронтах. В общей сложности было выпущено 3738 самолётов, из них 944 — «Мустанг III». Несколько машин позднее переделали в учебные, сняв с них фюзеляжный топливный бак и организовав на его месте вторую кабину.

«Мустанги» с «Мерлинами» сломали хребет Люфтваффе. 4 марта 1944 года Герман Геринг увидел в небе над Берлином P-51В из 4-й FG, сопровождавшие бомбардировщики В-17. Он понял, что поражение теперь является лишь вопросом времени.

Именно P-51D общепринято считать «классическим» вариантом «Мустанга», хотя некоторые более поздние модификации имели меньший вес и более высокую скорость. Но он действительно является одним из лучших истребителей, разработанных во время Второй Мировой войны. Все доработки, проводившиеся на модификации P-51B в процессе производства, были включены в конструкцию P-51D. Он был оснащён мотором «Паккард V-1650-7», таким же так и P-51В и С позднего выпуска. Уменьшение передаточного отношения турбонагнетателя позволило улучшить лётные характеристики на малых высотах. Максимальная мощность двигателя на чрезвычайном боевом режиме составляла 1750 л.с. при 3000 оборотах в минуту. Две особенности отличали P-5 ID от машин ранних модификаций. Во-первых, вместо четырех 12,7-мм пулемётов установили шесть, которые все размещались в крыле. Пулемёты развернули вокруг продольной оси так, что патронная лента теперь поступала в них без перегибов, что позволяло практически избавиться от заклинивания оружия, доставлявшего много неприятностей на ранних моделях. Боезапас увеличили для всех пулемётов и теперь он составлял 400 выстрелов для пары внутренних пулемётов и 250 выстрелов на ствол для четырёх остальных. Усилили конструкцию подкрыльевых пилонов, чтобы самолёт мог нести 416-л или 624-л подвесные топливные баки или 453-кг бомбы. Позднее P-51D получил возможность нести под крылом 120-мм неуправляемые ракеты.

Третьим главным отличием стала установка каплевидного фонаря. Фонарь, ставившийся на P-51D, появился в результате разработок плексигласовых блистеров большого размера для бомбардировщиков. Таких, как «Летающая крепость» В-17. Также изменили конструкцию ветрового козырька. С установкой нового фонаря ликвидировали гаргрот за кабиной. Несколько позже на P-51D стали устанавливать небольшой форкиль для увеличения площади вертикального оперения, что позволило решить некоторые проблемы с устойчивостью, характерные для машин предыдущих модификаций. В некоторых подразделениях форкиль устанавливался в полевых условиях и на старые P-51В и С.

Модификация, выпускавшаяся в Далласе, получила обозначение P-51K и отличалась от P-51D фонарем увеличенных размеров. Кроме того, на ней устанавливался винт «Аэропродактс», вместо использовавшегося на всех остальных «Мустангах» с мотором «Мерлин» пропеллера Гамильтон Стандарт. Использование винта «Аэропродактс» не давало какого-либо выигрыша в лётных характеристиках, просто фирма «Гамильтон Стандарт» не справлялась со спросом на сё продукцию, которая использовалась на большинстве американских военных самолётов того периода. Винты «Аэропродактс» значительно отличались от изделий «Гамильтон Стандарт». Они имели полые стальные лопасти вместо цельноалюминиевых и имели другой механизм изменения шага винта, быстрее прогревавшийся и позволявший менять угол установки лопастей со скоростью 6 градусов в секунду. Но лопасти «Аэропродактс» страдали от дисбаланса и более 19 % из них браковались из-за вибраций. Большинство выпущенных P-51К было поставлено ВВС Великобритании и Австралии.

Все модификации «Мустанга» в варианте фоторазведчика имели обозначение F-6 с соответствующей литерой. Понятно, что F-6D/K были созданы на базе P-51D/K, они отличались от предшественников расположением фотокамер — все они были установлены снизу задней части фюзеляжа. Разведывательный комплект состоял из трёх камер: К-17 и К-27 для аэрофотосъёмки с высот до 9100 м и К-24 для фотографирования с малых высот (до 3000 м). На этих самолётах сохранялся полный набор вооружения из шести 12,7-мм пулемётов. Завод «Норт Американ» в Лос-Анджелесе выпустил 136 F-6D, а в Далласа было построено 163 F-6K.