P-51為英、美兩國發展了不少改型，除廣泛用於空戰截擊、對地攻擊和偵察外，更多用於遠程護航。
最先生產的“野馬”Mk．Ⅰ是為英國皇家空軍設計的，1941年8月開始交付，***620架。裝備著當時美國唯壹能批量供應的水冷發動機：艾利遜V-1710。機頭與機翼上***裝備12．7和7．62毫米機槍各4挺，中低空性能良好，大多用於對地攻擊。其中2架交美軍試用，更名XP-51。
美國陸軍航空兵最早的訂貨是P-51，同時賦與該機“野馬”之別稱。當時為滿足對地戰術攻擊而不是空戰，機翼內改裝20毫米機炮4門，機身內燃油容量增加到681升，***生產150架。其中93架再次出口英國，成為“野馬”Mk．ⅠA。後者有55架又進壹步被改裝上K-24照相機各2臺，成為偵察機，型號更改為F-6A，1943年冬季用於突尼斯。
P-51曾利用原型機專門改制成攻擊機，所以型號從P改為A字打頭，即A-36A，***200架。該機保留了P-51良好的俯沖性能和操縱性能，機翼構造加固並裝有俯沖阻力板，防止俯沖中過載太大引起損壞。翼下可掛227千克炸彈2枚，翼內裝12．7毫米機槍6挺，采用V-1710-87發動機，總重達4850千克，軍中綽號“入侵者”。
1943年3月面世的P-51A保留了炸彈架，但只在機翼內留下機槍4挺。如掛568升副油箱兩只時轉場航程延伸到3800千米！***生產了310架。其中50架援英，即“野馬”Mk．Ⅱ型，有35架改成F-6B偵察機。P-51A用於中印緬戰區，但性能遜於日本“零”式飛機。
“野馬”X，亦稱“梅林野馬”，是應美駐英武官希科克少校和英國羅爾斯·羅依斯發動機公司試飛員羅尼·哈克之倡議而研制的改裝著名的“梅林”61型水冷發動機的改型，因帶有壹臺二級雙速增壓器，高空性能明顯提高，但只試制了4架。
XP-78又叫XP-51B，是改裝美國仿制型“梅林”發動機（即帕卡德V-1650-3）的試驗機，於1942年8月造出2架，起飛功率1380馬力，噴水加力時為1595馬力，裝機炮4門，在9080米高空飛出709千米A小時的好成績。
以上努力，均出自換裝名牌發動機以期提高整體性能的目的。真正達到批量生產的改型是1943年夏季開始在印格烏梅分廠投產的P-51B，它裝有按英國的“梅林”圖紙生產的發動機V-1650-3。從外觀上看，氣化器進氣口移至機頭下方，機腹冷卻水散熱器放大，座椅後方加壹個85加侖油箱，性能全面優化，成為P-51發展過程中壹個重要轉折點。在總***1988架的P-51B中間，有275架援英後成為“野馬”Mk．Ⅲ，其中部座艙蓋由老式的多框型改為英式的短水泡型。71架P-51B被改成F-6C偵察機。
達拉斯分廠生產的P-51B叫作P-51C，***1750架，內有636架援英，也稱“野馬”Mk．Ⅲ，另20架改作F-6C。
P-51D是1944年問世的產量最多，使用最廣泛的優秀改型。它在火力被強化為翼內裝6挺12．7毫米機槍（攜彈1880發）和外掛454千克炸彈2枚或127毫米火箭10枚的同時，首次采用全視界（後部也無遮擋的）水泡形座艙蓋，壹舉解決了視界上的不足之處。同時，垂尾根向前延伸為脊面，彌補了由此造成的方向不穩定。裝備V-1650-7發動機的P-51D還為飛行員配備了壹套相當先進的作戰裝備，如抗荷服、K-14陀螺瞄準儀等。P-51D在兩個分廠中***制造出7956架。其中援英281架，即野馬Mk．Ⅳ，另136架改作F-6D。澳大利亞曾利用零件組裝出100架P-51D，後又仿制200架。TP-51D是雙座教練機，僅10架，曾作為艾森豪威爾視察戰場時的高速座機。
為遏止住因不斷改進而帶來的增重勢頭，經過反省，試制出減重900千克的XP-51F，速度與爬升率自然優於P-51D，但因穩操性有問題而未投產。
它進壹步減重之後，於1944年9月試計出2架XP-51G，裝1665馬力原裝“梅林”14SM發動機及五葉螺旋槳，配備6挺機槍，在7000米高度可獲得2080馬力加力功率，後應發動機無來源而作罷。
XP-51J試飛於1945年4月，是最後的輕量化試驗機，裝V-1710-119發動機，6000米高度加力功率達1720馬力，氣化器進氣口已隱入散熱器空氣通道內，曾創時速788千米的驚人記錄，後因發動機不過關，只造出2架來。
P-51K是利用後期P-51D裝上另壹家工廠制造的3．35米直徑螺旋槳後的改型，***生產1337架，內有594架援英，即野馬ⅣA；314架援澳（大利亞），163架改成F-6K型偵察機。
P-51K的輕量化改型方案是P-51L，旨在提高空戰格鬥性能，未付諸實施。
P-51H是P-51的最終改型，是集各改型，特別是F、G、J型的新技術於壹身的輕量型空戰機種。該改型的外形得到充分的流線形修正，蒙皮外表更加光滑，尾翼升高，所裝備的V-1650-9發動機在3000米高度加力功率達2218馬力，曾在7625米高度創造784千米A小時的世界活塞飛機飛行速度絕對記錄，並獲國際航聯承認。因對日作戰結束，只來得及生產555架。P-51H在達拉斯分廠也同時生產，但只造出壹架即停產，型號為P-51M。
P-51在戰時的總產量僅次於P-47，達15484架（含澳大利亞仿制的200架）。
為了進壹步為B-29提供壹種可另外搭載壹名領航員的雙座護航飛機，北美工廠利用兩架P-51H並列拼裝出雙機身雙座雙發的新式戰鬥機P-82，並於1945年4月15日試飛。戰爭結束前，P-82***造出20架，內含P-82C、D型夜間型各壹架。戰後出現的F-82G（相當於P-82G）在左右座艙中央的中翼上加裝了壹具香腸形機載雷達吊艙，使該機替代了P-61，成為“噴氣時代前夜最完美的活塞雙發戰鬥機”。
在朝鮮戰爭開戰第3天，即1950年6月27日下午，哈德遜機組的壹架F-82G在漢城附近的低空中擊落雅克-9U壹架，成為該次戰爭最早的“空戰記錄”。
由於P-51設計合理，在有些國家的空軍裏壹直使用到80年代。在民間，用它改裝的創記錄競賽飛機不斷刷新著世界飛行速度世界記錄
P-51出現在大戰的中、後期，曾投入西歐、地中海和太平洋戰區。
1942年4月，英國皇家空軍最早擁有“野馬”Mk．Ⅰ，7月27日即投入實戰，同年10月作為單座戰鬥機首次飛入德國縱深領空，“野馬”從此名聲鵲起。
1943年6月，美國陸航第27和第86戰鬥轟炸機大隊在地中海的龐地萊利亞島和西西裏島戰鬥中投入了A-36A攻擊機，成為美軍最早使用P-51系列飛機的實例。
12月1日，美國第8航空隊第354戰鬥轟炸機大隊在倫敦郊外組建，成為P-51B戰鬥機最早的部隊。13日即起飛為轟炸機擔任了遠程護航。不久，第8、第15航空隊的P-51還利用英國、北非、烏克蘭和意大利的壹些基地作為起降點，和遠程轟炸機隊壹起執行了許多次著名的對德“穿梭轟炸”行動。由於P-51的介入，使美國轟炸德國縱深地帶目標的B-24、B-17等大型飛機的作戰損耗率從10～20％降至1～2％。P-51在戰爭後期已完全成為淩駕於德軍BF109和Fw190戰鬥機之上的最優秀的遠程戰鬥機，它的伴行，大大減輕了轟炸機乘員們的心理負擔，投彈命中率大為提高。有時在實施對德“千機大空襲”時，已能壹次派出十幾個大隊的P-51協助行動，P-51D被轟炸機飛行員親切地稱之為“小夥伴”。1945年4月26日，在德國南部所謂的“最後空戰”中，為B-26護駕的P-51與德國Me262噴氣戰鬥機展開了搏鬥，德軍“空戰權威”加蘭德中將被擊成重傷，不幾天後便迎來了納粹政權的末日。
從1942年7月至1945年5月，美軍各型P-51僅在歐洲就累計出動213873架次（僅次於P-47），投彈5668噸，在空中擊落敵機4950架，並在戰爭最後幾周內炸毀地面敵機4131架，殲敵成績占美陸航戰鬥機總戰果的50％！而己方戰損率僅僅1．2％，是很值得驕傲的良好戰績。其中4大隊空戰戰果583．5架，炸毀敵機469架，在陸軍航空兵中獨占鰲頭。
在亞洲戰場上，P-51是1944年才剛剛進入緬甸與日軍交手的。1945年元月後，第7航空隊有四個聯隊的P-51分批掩護B-29巨型轟炸機開始了從關東到近畿，從沖繩到西部日本海猛烈的戰略空襲，也是對日本本土轟炸計劃中第壹種參戰的陸軍戰鬥機。P-51與前來阻截的日本“紫電”、“零”式、“疾風”戰鬥機展開空戰。4月開始，P-51借著遠程高速飛行的技術優勢，已能從新攻占的就磺島基地起飛抵達1100千米外的東京，空戰後再飛回原地。如果說起勢宏大的B-29大編隊及其造成的“火海效應”加快了日本投降的時間進程，那麽P-51則為這種威懾和打擊提供了難得的安全保障。
在中國大陸，先後有P-51A、B、C、D、K各型參加過抗日戰爭。1944年底，繼美國陸軍航空兵14航空隊之後，中國空軍獲得該機，並在中美混合團的第3、第5大隊中正式使用。1945年初，中國空軍第4大隊也裝備該機。1949年中國大陸解放後，中國人民解放軍曾使用過少量的P-51D，在臺灣的空軍當時擁有383架P-51C與P-51D。