Первый ХР-51В был готов к летным испытаниям 30 ноября 1942 года. Самолет облетал летчик-испытатель Боб Чилтон. Инженеры фирмы North American решили проблему монтажа двигателя V-1650-3 иначе, чем их коллеги из Rolls-Royce. Их решение оказалось лучше, что сделало характеристики Р-51В лучше, чем характеристики «Мустанга X». Эдгар Шмюд позднее рассказывал такой случай, произошедший в ходе летных испытаний: «Пока шли испытания прототипа, была уже готова первая серия из пятидесяти Р-51В. Во время первого полета, уже через 15 минут летчик-испытатель доложил на землю по радио о перегреве двигателя. Когда самолет приземлился, выяснилось, что радиатор машины насквозь коррозировал! Оказалось, что каналы системы охлаждения на двигателях Merlin покрыты слоем меди, который образовал с алюминиевыми стенками радиатора электрохимическую пару. Скорость химической реакции росла вместе с температурой охлаждающей жидкости. В результате ХР-51В практически вышел из строя, а на сборочной линии в стадии окончательной сборки находилось еще 50 машин. Мы обратились за помощью в Бюро стандартизации в Вашингтоне. Несмотря на то, что была пятница, ответ из Вашингтона поступил уже в понедельник. Было предложено покрыть внутреннюю поверхность алюминиевого радиатора лаком Keg-Liner, обычно использовавшемся для покрытия пивных банок! Этим способом удалось спасти первые 50 машин, а в дальнейшем конструкцию радиатора изменили (конструктор радиатора Билл Уилер), применив на нем специальный ингибитор коррозии. Ингибитор, известный под названием МВТ был предложен фирмой Union Carbide». Летные испытания завершились 4 декабря 1942 года. Второй прототип поднялся в воздух 2 ноября 1943 года, а первую серийную машину Р-51В-1 (43-12093) облетали 5 мая 1943 года.

Серийные самолеты (заводское обозначение NA-102) получили Четырехлопастной винт Hamilton Standard диаметром 3,40 м, и вооружались четырьмя 12,7-мм пулеметами. Предусматривалась возможность установить вместо пулеметов 20-мм пушки, однако возможностью не воспользовались из-за трудностей со снабжением. «Мустанги» были оборудованы подкрыльевыми узлами для внешней подвески авиабомб общей массой 453 кг.

Контракт на поставку 400 серийных машин Р-51В-1 подписали 28 декабря 1942 года. Одновременно, изменили старый контракт на поставку Р-51 А, заказав вместо остальной серии 800 машин P-51B-5NA и 90 Р-51В-10NA. Эти самолеты имели заводское обозначение NA-104. Чтобы выполнить большой заказ на самолеты Р-51В, фирма North American открыла новый сборочный цех в Далласе, штат Техас. Выпускавшиеся там самолеты обозначались как P-51C-NT (заводское обозначение NA-103). От машин Р-51В эти самолеты отличались незначительными деталями. Контракт на поставку первых 1000 данных машин подписали 28 декабря 1942 года. Первый серийный Р-51С поднялся в воздух 5 августа 1943 года.

«Мустанга I» (AL975-G), это была одна из пяти машин, оснащенных двигателем Merlin 65. 13 октября 1942 года самолет облетали.

Экспериментальный «Mustang 1» А М186G оснащенный двумя 40-мм пушками, которые установлены в гондолах под крыльями. Порты пулеметов в носовой части фюзеляжа закрыты.

Самолеты Р-51В имели очень хорошие характеристики. В январе 1944 года провели испытания серийной машины. При массе 3841 кг самолет развивал максимальную скорость 729 км/ ч на высоте 8778 м, максимальная скороподъемность на высоте 3901 м составляла 19,8 м/с, высоту 6100 самолет набирал за 5,5 мин, практический потолок достигал 13472 м. Три Р-51В-1 передали в экспериментальный центр на аэродроме Эглинфилд с целью определить тактические характеристики самолета. В сравнительных испытаниях также участвовали самолеты P-38J-5, P-39N, P-40N-1 и P-47D-10. В итоговом отчете утверждалось, что ни один из самолетов не имел столь высоких летных качеств, как Р-51В. Преимущество «Мустанга» становилось подавляющим на высотах более 7600 м. Самолеты Р-51В также превосходили всех своих конкурентов в скорости пикирования. Аналогичные результаты получили и англичане из AFDU, которые начали 26 декабря 1943 года испытания нового «Мустанга». Самолет был быстрее, чем «Спитфайр IX» на 30–50 км/ч на всех высотах. Кроме того, «Мустанг» имел больший на 50–75 % радиус действия. Из-за большей нагрузки на крыло «Мустанг» уступал «Спитфайру» в маневренности и скороподъемности. «Мустанг» превосходил «Мессершмитт Bf 109G» по скорости и маневренности на всех высотах. На высотах до 3000 метров Bf 109G превосходил «Мустанг» в скороподъемности, а на высотах более 7600 м преимущество в этой характеристике было на стороне «Мустанга». Более грозным противником был «Фокке-Вульф Fw 190», который лишь немного уступал «Мустангу» в скорости, но заметно превосходил американский истребитель в маневренности.

NA-101 (XP-51B) переделанный из NA-91 (Р-51, 41-37352). На самолет установили английский двигатель Packard Merlin.

Второй ХР-51В (NA-101), переделанный из Р-51 (NA-91) (41-37421). На самолет установили английский двигатель Packard Merlin.

Р-51В на сборочной линии. Левее идет монтаж бомбардировщиков В-25 «Mitchell».

В ходе серийного выпуска отдельные производственные серии различались между собой некоторыми конструктивными особенностями. Так, уже самолеты Р-51В-1 получили дополнительный бензобак емкостью 332 л, расположенный в фюзеляже. Вместе с подвесными баками это значительно увеличивало радиус действия самолета. Некоторые самолеты серий Р-51 В-1, В-5 и С-1 не получили дополнительного бака, но такой бак всегда можно было установить на самолет силами полевой ремонтной мастерской. Аналогичным образом переоборудовались самолеты серий В-7 и С-3.

Опыт эксплуатации показал необходимость уменьшить емкость бака в фюзеляже до 246 л, поскольку больший бак опасно смещал центр тяжести самолета. Одновременно на штурвале установили груз, который ограничивал резкие движения неопытных пилотов. Начиная с серий Р-51 В-15 и Р-51С-5 на самолеты установили новый двигатель Packard V-1650-7, который был заметно лучше, чем V-1650-3, особенно на малых высотах. В результате самолеты Р-51 получили возможность выступать в роли истребителя сопровождения. К этому времени США располагала десятью воздушными армиями на всех ТВД Второй Мировой войны, в том числе 8-й воздушной армией, совершавшей стратегические бомбардировки территории Рейха. Нехватка истребителей сопровождения вынуждала американцев переоборудовать имеющиеся бомбардировщики В-17 и В-24 в «летающие крейсера». С машин снимали бомбардировочное оборудование, устанавливая вместо него мощное стрелковое вооружение. После того, как в августе 1942 года в налетах поучаствовали двенадцать переоборудованных таким образом самолетов YB-40 (переделанных В-17), выяснилась вся бесперспективность подобного подхода. YB-40, имея слабые пилотажные возможности, проигрывали немецким истребителям и несли даже большие потери, чем обычные стратегические бомбардировщики.