梅塞施密特曾经提出过几种改型方案，包括 H-2，使用带 GM-1 装置的容克 Jumo 213E 发动机，机头装备 30 毫米 MK103 机炮，机翼固定搭载两门 20 毫米 MG151；H-3，使用 Jumo 213E，机头装备 MK108，机翼固定搭载两挺 13 毫米 MG131；H-4，侦察型号，后机身装备航空相机，但这些方案连原型机都没有生产。
K 系列是战斗机监察部另一次企图规范化 Bf 109 生产的成果，之前由于 DB 605D 发动机交付的延迟，对 G-10 和 G-14 的改进是同时进行的，这两者后期型的型号除了发动机之外其实就没有大差别了。而 Bf 109K 继承他们共同的特点，还做了稍许改进。
从外观上看，K 与 G-10 很相似，都使用增宽的前轮，机翼上部都有起落架舱的突起。但在机身内部，G-10 的 FuG16ZY 电台安装在后部偏左的位置，K 把它前移并抬高了一段距离，更加接近座舱，无线电导向环也因此向前挪动一节蒙皮。G-10 的尾起落架一般是固定的，而 K 的可以收起。都有尾起落架舱盖，G-10 后期型和 K 都有方向舵平衡片。
另外，K 以前的 Bf 109 差不多都是没有主起落架舱盖的，只有与起落架附在一起的整流罩，所以在空中，只能“半遮”住起落架舱。从 F 起，有少数试验型号加装过起落架舱盖，但没有装备部队大规模用过。而 K 的机翼下全部装上这种舱盖，这是外观上的最大区别。不过实际上，这样的舱盖对飞行影响不大，倒时不时发生卡住的事故，所以很多部队都自行把它去掉。
基于 G-10 的 K-0 试产型使用 DB 605B 发动机和 DM-1 增氧装置，微微增高了引擎盖，使用加长的螺旋桨。主要试验了不同的机头武器搭载方案，除了标准的 MG131/MG151 之外，一些 K-0 试验了 30 毫米 MK108 机炮，引擎罩上方的一对 13 毫米机枪更是换成了 15 毫米的 MG151/15。
K 装备部队已经在 1944 年 10 月了，战争快接近尾声，所以它的型号并不像 G 系列那么眼花缭乱，主要是 K-2 和 K-4。前者使用 DB 605Ascm 发动机，后者使用 DB 605Dc 发动机，起飞功率 2,000hp，增装 GM-1 系统。投入实战的只有 K-4 而已。
以前说过，从 G-6 开始的 Bf 109 有少数装备 30 毫米的 MK108 机炮，这种短身管机炮威力巨大，因为它开火时独特的“砰砰”声，被盟军飞行员称为“气锤”。莱茵金属 41 年就完成开发，却被乌德特指责为“毫无用处”，差点被打入冷宫（与 Bf 109 何其相似）。这种武器结构简单，只有 9 个主要部件，是世界上第一种大量采用冲压件的航空机炮（80%）。主要使用弹头薄披甲的炮弹，膛口初速不高，正好是近距离攻击轰炸机的利器。哪怕是 B-17 这样的庞然大物，吃 2-3 发炮弹也会经受不起。但由于产量稀少，在装配Bf 109G时，只能有多少装多少。而 K-4 全部装备 MK108，此时已经过莱茵金属公司的改进，彻底排除了大口径机炮容易卡壳的问题。
到 1945 年 4 月为止，总共生产 700 架左右 K-4，装备 JG3，JG4，JG27，JG51，JG52，JG53 和 JG77。此时的德国空军差不多已经完全丧失作战能力，他们面临的困难不仅来自毫无经验的飞行员和绝对优势的盟军战斗机，更致命的原因是燃油供应已被彻底切断，所以 K-4 标志着 Bf 109 作为作战飞机所到达的最后一个里程碑。感谢梅塞施密特设计人员的辛勤和坚韧，35 年首飞的 Bf 109 到此刻依然是盟军飞行员的噩梦，一名老手驾驶的 K-4 还是能击落最新的北美 P-51K 和共和 P-47D。回顾问世后的 10 年中，有 9 年在战火中度过，了不起的战斗机！
JG77 飞过所有型号的 G 和 K，45 年春天他们也被燃油危机困在地上。这架“白色 1”的起落架舱盖已被取下，机身迷彩为 02 灰绿底色上 82 绿色斑点
这架 I/JG77 的“白色 17”也是 K-4，但不知为什么重新加上天线杆，导向环也向后移动过
另一架 I/JG77 的 K-4，可以清楚看到 K 系列使用的宽叶螺旋桨，30 毫米 MK108 机炮的身管也比 MG151 的更加突出桨毂盖
前面的教练机是 Go145，后面的 K-4 翼下有起落架舱盖。（总算找到一架规矩的：）
绿色的机身环，一架 III/JG27 遗弃的 K-4，掉在地上的引擎罩上可以看到为了配合 DB605D 那种加大的增压器进气口
这三张照片是同一架正准备交付部队的 K-4，被美军在 Amberg 缴获。后机身草草涂上的 265 是车间编号 Werk No.334265 的最后三位，因为是在非常时期，一切从简，所以不再用标准的四位数字模板压印。机身涂装很马虎，基本是 81 橄榄色和 82 深绿色迷彩，起落架未涂色，桨毂盖是黑白四分图案，而不像同时期的 G 和 K 那样使用螺旋线。由于配件短缺，后起落架也是短杆型，不过也可以收起
就在 44 年 10 月，K-4 交付部队时，梅塞施密特的设计人员开始开发 K-6，主要的改进是在翼下增加一对 30 毫米机炮吊舱，此外在左翼中装一部 BSK16 照相枪。这种型号只生产少数几架，未装备部队。
K-8 是基于 K-6 的侦察型号，在后机身装备一部 RB50/30 航空相机，首次取消了引擎罩上方的机枪。本来计划在 45 年春天投产，实际当战争结束时只有很少几架离开生产线。
同样使用 DB 605D 发动机的 K-10 把机头的 MK108 换成长身管的 MK103，左翼中如 K-6 一样装了 BSK16 照相枪。此外在机腹和两侧机翼加装 3 个各 300 升的副油箱。
K-14 是该系列中最后一种确认的型号，在战争结束前两个星期交付部队，没有实战纪录。使用 DB 605L 发动机，这种发动机起飞功率虽然只有 1,700hp，但它使用两级增压器，高空性能极佳。在 35,000 英尺（10.700 米）的高度，K-14 可以达到 450mph（720km/h）的速度。