许多战损的 P-51 修复后也不再适合作战，因此改作训练和其他用途。其中许多飞机安装了第 2 个座椅，例如图中这架红色的 P-51B
1945 年，P-51B 在兰利机场全尺寸风洞中进行研究
被德军俘获德 P-51B，涂上了德军标志
RAF 的野马 III
第一个接收野马 III 的RAF中队是驻格雷夫森德（Gravesend）的第 65 中队，时间是 1943 年 12 月，1944 年 3 月第 19 中队成为第二个装备野马 III 的单位。野马 III 还装备了 RAF 第 64，66，93，94，112，118，122，126，129，165，234，237，241，249，250，260，268，306，309，315，316，345，430，441，442，516，541 中队以及 RAF 海防总队，其中有 4 个波兰中队（306，309，315，316），3 个 RCAF 中队和一个自由法国中队。
野马 III 从 1944 年 2 月末开始参战，为美国重型轰炸机和美英中型轰炸机护航。许多野马 III 参与了拦截 V-1 飞弹作战，为此应用了一些特殊技术，通过使用特殊的高辛烷值燃料、进行发动机调整，提高进气压力，使野马 III 在 609.60m（2,000ft）高度能达到时速 675.78km/h，而 V-1 通常的飞行速度是 595km/h，增大马力的野马 III 可以从容拦截。
P-51D/K
外形优美的具有气泡座舱盖的 P-51D/K 是野马家族中最著名的型号，也是生产数量最多，使用最广泛的型号，共生产 9,602 架，英格伍德生产了 6,502 架 P-51D，达拉斯生产了 1,600 架 P-15D 和 1,500 架 P-51K。
达拉斯的 P-51D 生产线，出厂时都没有涂装
梅林动力的 P-51B/C 一大问题就是座舱视野不佳，特别是后向视野。“马科姆座舱盖”是早期解决方案，但北美还在一直寻找更好的解决方案。1943 年 1 月，马克.布雷德利（Mark Bradley）上校在英国期间看到了最新发明的喷火和台风的气泡座舱盖，能够提供全向 360º 视野。他在六月回到赖特机场，并立即开始研究将气泡座舱盖安装到美国战斗机上的可能性。
共和首先将气泡座舱盖应用到 P-47D 雷电上，布雷德利驾驶其中一架直飞英格伍德展示给金德博格看。在与英国进行了讨论并且检视了后期型喷火和台风上吹制成型的“泪滴”座舱盖后，北美与陆军达成一致：在野马上测试类似的座舱盖。
P-51B（43-12102）被选为气泡座舱盖的测试机，型号改为 XP-51D。新座舱盖提供了 360º 无阻碍视野，并且从内部看景物几乎没有变形。座舱盖曲线圆滑过渡，在飞行员的头部后上方达到最高点，风洞测试表明这是视野与阻力间的最佳折衷。座舱盖通过滑轨向后打开，滑轨在座舱两侧各一条，后机身中线上还有一条，飞行员通过一个手柄进行操纵。座舱盖的有机玻璃边缘包覆橡胶镶在边框中，下边框较厚，提供必要的刚性，避免座舱盖变形扭曲而导致卡死在滑轨上无法打开。
P-51B（43-12102）被选为气泡座舱盖的测试机，型号改为 XP-51D
为了适应新的座舱盖，野马的机背必须削平，当然完成这项改装的工作量不是很大，必要的机体结构的应力重新计算也很少。
改装完成的 XP-51D 于 1943 年 11 月 17 日在英格伍德首飞，试飞员鲍勃.契尔顿。为了进一步验证这个概念，北美航空抽出两架英格伍德生产线上的 P-51B-10-NA（序列号 42-106539 和 42-106540），削平机背，并安装气泡座舱盖，公司称为 NA-106，型号改为 P-51D。
P-51B 的缺点之一是只有4挺机枪，火力不足，除此之外，供弹带弯曲角度过大，时常因供弹不畅引发卡壳。北美航空利用生产新型野马的机会来解决这一问题，彻底重新设计了机枪的安装，每侧机翼安装了 3 挺 MG53-2 12.7mm 机枪，机枪水平放置，供弹带得以平顺伸展。内侧机枪每挺带弹 400 发，其余 270 发。当然使用者也可以拆除一挺机枪改为每侧机翼两挺机枪的配置，这样每挺机枪佩弹 400 发，实际上确实有一些飞行员选择了这一配置。
P-51D 的供弹系统有很大改进，排除了卡弹问题
P-51D 的另一项外观改动就是增加了翼根的弦长，机翼前缘的折线更加醒目，而 P-51B 的折线几乎难以分辨。主起落架经过加强以适应增加的重量，机轮保持了 27 寸直径，轮舱和舱门也经过修改。
不要以为所有的 P-51D 都有气泡座舱盖，在 P-51D-5-NA 下线（公司型号 NA-109），之前，已生产出 4 架 B 型座舱盖的 P-51D-1-NA。
P-51D 生产线
P-51B 上由于后机身油箱导致的方向稳定性问题在 P-51D 上更加严重了，这是因为削平了机背，损失了一些等效的垂直安定面。为了增强方向稳定性，从 P-51D 第 10 批次起在垂尾前增加了背鳍。一些较早的 P-51D 以及 P-51B 后来也改装了这个背鳍。背鳍增加的重量和阻力非常小，但在改善方向稳定性方面助益良多，尤其后机身油箱全满时。
P-51D/K 还引入了 K-14 自动陀螺瞄准具，设计基于英国费伦梯（Ferranti）公司的技术。当这个瞄准具最初出现时，被认为是奇迹。飞行员只要将敌机翼展标尺定好，并用瞄准具反射镜上的光环套住敌机，并通过油门杆上的旋钮来调节光环大小与目标翼展一致，只要光环罩住敌机，就可以扣动扳机，而其中的提前量计算统统交给模拟计算机处理。P-51D 几乎一开始就安装了 K-14 瞄准具，P-51K 则在 1944 年中期开始配备。这种瞄准具在 P-51D 不寻常的空战战绩背后扮演了重要角色。
K14 瞄准具，上面的刻度标上常见敌机，即为翼展标尺
英格伍德交付了 6,502 架 P-51D，公司型号分别是 NA-109（D-1 到 D-10），NA-111（D-15 和 D-20）和 NA-122（D-15 和 D-30）。达拉斯生产了 1,600 架 P-51D，其中 D-5 到 D-20 批次是 NA-111，D-25 和 D-30 批次是 NA-124。