野马 X AM208
野马 X 性能有很大提高，在伯斯康姆顿的测试跑出了 696.70km/h（6,705.60m）的速度。但是由于机鼻截面积增加，偏航稳定性下降。测试的成功使罗尔斯-罗伊斯计划生产 500 个梅林 65 发动机将 RAF 的大部分野马升级成 X 标准，但没有成为现实。
罗尔斯-罗伊斯曾考虑过的奇怪设想之一是将 2,400hp 的格里芬（Griffon）63 发动机安装在野马的机身中部，布局类似 P-39 飞蛇，通过延伸轴驱动一幅逆时针旋转的螺旋桨。座舱前移到机翼前缘位置。预计速度可高达 804.50km/h。为此罗尔斯-罗伊斯精心准备了一个实体模型，但未被采纳。
罗尔斯-罗伊斯的格里芬野马（模型）
1942 年 5 月，罗尔斯-罗伊斯告知驻伦敦的美国陆军武官汤姆斯.希区考克（Thomas Hitchcock）少校，他们计划为野马换装梅林发动机。希区考克少校对此很关注，并将消息转达给赖特机场和北美航空。这个消息立即引起了美国人的兴趣，当时密歇根州底特律（Detroit）的帕卡德（Packard）汽车公司正在进行按许可证生产二级增压新型梅林发动机的谈判。1942 年 7 月 25 日，北美获准将两架野马进行梅林 65 发动机的改装，考虑到这些飞机将有很大的改变，型号改为 XP-78。
北美航空选择了两架 P-51，序列号是 41-37350 和 41-37421。北美航空给予该项目公司型号 NA-101。当改装工作正在进行时，军方又将飞机型号改为 XP-51B。虽然罗尔斯-罗伊斯先前的改装工作为北美航空工程师提供了有价值的借鉴，但英国的这家发动机公司并没有直接参与改装工作。
P-51 的梅林发动机安装方式
北美航空的工程师将化油器进气管从上方移到机鼻下方以适应梅林的上吸式进气系统，并将中冷散热器集成到后机身散热器组中，而不是英国改装时安装在机鼻。散热器进气口为固定式，并不能像以前一样可以调节，进气口上缘距离机身下表面超过 5cm。以前野马的散热器组为一体式，发动机冷却液散热器为环形，内嵌油冷散热器，现在油冷散热器独立出来放置在散热器进气道的前方，并有自己的放气门。油冷散热器后的进气道扩得很大，安放巨大的发动机和中冷器冷却液散热器，后方是大尺寸的排气门，这样野马机腹下的鼓包增大了不少。机身经过加强，并换装了新型四叶汉密尔顿标准（Hamilton Standard）液压控制宽弦螺旋桨以完全利用增加的动力。机翼配备了新的副翼，加强了机翼挂架，可以挂载两枚 453.62kg（1,000lb）炸弹或相等重量的副油箱，或 3 联火箭发射筒。机身内不再安装军械，在机翼中安装 4 挺 12.7mm 机枪。
P-51B 原型机，安装了梅林发动机
1942 年 8 月，基于北美航空对性能的估计，陆军在原型机试飞前就订购了 400 架 P-51B。1942 年 11 月 30 日首架 XP-51B 由鲍勃.契尔顿（Bob Chilton）驾驶升空。这架一开始没有安装军械，试飞结果显示性能的提高简直令人吃惊。XP-51B 在 9,083.04m 的高空达到最大 709.57km/h 的平飞速度，比同高度时艾利森动力的 P-51 快了 160.90km/h。在所有高度的爬升率也接近原先的两倍。
首架 P-51B 生产型，从 P-51B 开始换装了 4 叶螺旋桨
刚出厂的两架崭新 P-51B，从 P-51B 开始采用固定的散热进气口
USAAF 现在终于拥有了可以与 Fw 190 和 Bf 109 后期型匹敌的战斗机。USAAF 开始全面采购野马，并继续签订了 2,200 架 P-51B 的合同。P-51B 的发动机是按许可证生产的梅林 68，即帕卡德 V-1650-3。从 1943 年初开始，野马的生产规模突然间膨胀，帕卡德和在马斯基根（Muskegon）的大陆（Continental）公司都开足马力批量生产梅林发动机。北美在英格伍德庞大的工厂也经过大规模扩建专门生产野马，B-25 米契尔轰炸机的生产移到堪萨斯城（Kansas City），而 AT-6 系列教练机的生产也早已移到德克萨斯州达拉斯（Dallas）火速兴建的工厂。USAAF 指示北美航空扩建达拉斯工厂，作为野马的第二个生产基地，英格伍德生产的野马型号为 P-51B，达拉斯生产的则为 P-51C。这两种飞机几乎完全相同，只能通过序列号区别。
挂载“巴祖卡”3 联火箭发射筒的 P-51B
在生产型上，发动机与机身的连接经过进一步的简化，化油器进气口两侧增加了矩形空气滤清器进气口。废气排气管为圆形，从一排整流盖板中伸出。副翼在外形和结构上进行了修改，调整片由塑料制成。机翼内安装 4 挺 12.7mm 白朗宁 MG53-2 机枪，内侧机枪备弹 350 发外侧 280 发。
1943 年 1 月底正式确定了 P-51B/C 生产型标准。第一架 P-51B 于 1943 年 5 月 5 日首飞，第一架 P-51C 在同年 8 月 5 日首飞。英格伍德生产了 1,988 架 P-51B，达拉斯生产了 1,750 架 P-51C。在这 1,750 架 P-51C 中有 1,350 架是 NA-103，剩余的是 NA-111。
1943 年兰利机场的 P-51B 43-12105，后 NACA 使用这架飞机进行了翼套试验
1946 年，NACA 在这架 P-51B 43-12105 上安装了翼套研究降低飞行阻力之道
最初 P-51B/C 安装的帕卡德 V-1560-3 发动机，起飞额定功率 1,400hp，6,035.04m 高度功率 1,450hp，4 挺 12.7mm 机枪，备弹 1,260 发。按此标准生产了第一个批次的 400 架 P-51B-1-NA 和 250 架 P-51C-1-NT。
为了追求更远的航程，一架 P-51B 测试了安装在飞行员座椅后的 321.73L 自封油箱，这样总燃料容量增加到 1,585.92L（包括两个副油箱）。这样野马的远程能力继续增强，以适应不断扩大的欧洲和太平洋战场。但是增加的油箱将重心移向后方，使野马的稳定性变差，所以飞行员必须先将机身油箱中的燃料耗光，在此之前还要注意保持飞机的正确姿态。在 P-51B-5-NA 批次中，后 550 架安装了新油箱，批次号改为 P-51B-7-NA，在 P-51C-1-NT 批次中，也有部分也引入了新油箱，批次号改为 P-51C-3-NT。一些早期出厂的 P-51B/C 在机场进行了改装。但是在服役中，新油箱造成稳定性问题对缺乏经验的新手来说很危险，通常只加注 246.03L 的燃料。不管怎样，这个机身油箱的有无对战斗半径来说有着决定性的差别，并成为日后野马的标准设备。凭借这些额外的燃料，野马能够对从英国起飞轰炸柏林的轰炸机进行全程护航。