二战中普遍采用的自密封油箱，外面包裹了一层橡胶化合物，被子弹击穿后能自动封闭弹孔
在“野马”中唯一未得到有效利用的空间是飞行员背后的机身。原先安放在那里的蓄电池、无线电设备和氧气罐被另择位置重新安放，空出的空间被一个85加仑（约322升）的燃油箱所填满。这个新的燃油箱会使“野马”飞起来不稳定，直到油料耗光为止，但飞行员们很快就适应了这一切。
正在工厂中制造的P-51战斗机
到目前为止，“野马”最大的性能提升发生在发动机方面。罗纳德•哈克（Ronald W. Harker）是一位为劳斯莱斯航空工业公司工作的、意志顽强的英国民间试飞员，他率先提出了将劳斯莱斯公司的“梅林”（Merlin）V-12发动机安装到P-51机身上的建议。1942年8月，为P-51战斗机改装“梅林”V-12发动机的工作在英国开始了，改装后的飞机在1942年10月13日进行了首飞。北美航空公司原封不动地采纳了这一改装项目，从此“野马”的性能区间开始由低空向高空转变。在美国，“梅林”发动机是由帕卡德汽车公司（Packard Motor Car Co.）按照许可证而生产的。P-51原来安装的三叶螺旋桨也让位于汉密尔顿•标准（Hamilton-Standard）公司或航空制品（Aeroproducts）公司那独特的四叶螺旋桨。
英国人改装的“梅林野马”
在这些改动完成之后，到1945年1月，P-51战斗机在达拉斯和英格尔伍德工厂的装配线上以每月881架的惊人速率被生产了出来。最终，北美航空公司总共生产了将近15600架各种型号的“野马”。
P-51被许多人认为是第二次世界大战期间最好的“全能型”战机。随着战争的进行，逐渐剩下只有P-51战斗机才拥有能伴随从英国基地起飞深入德国内陆进行轰炸的重型轰炸机编队、同时保护其安全返回的超远航程。
“野马”在上述过程中担负着“双重角色”：一是保护B-17和B-24轰炸机免遭敌方战斗机的袭击，同时摧毁纳粹德国空军──无论是把它们消灭在地面上，还是把它们消灭在无穷无尽的空战格斗中。此时的P-51已经普遍开始挂载翼下可抛的副油箱，而且直到把副油箱中的燃料消耗光后才开始使用机身油箱中的燃料，这使得P-51一上天就飞7.5个小时成了“常态”，而且在这种情况下P-51往往还有足够的燃油储备可用来与纳粹德国空军进行一些“油门全开”的空战格斗。数十位盟军的空战王牌可以说都是P-51战斗机所“造就”的。
P-51被许多人认为是第二次世界大战期间最好的“全能型”战机
虽然P-51战斗机在太平洋战场上出现的时机较晚，但“野马”们却在第二次世界大战的高潮期间凭借自身的优异性能而服役着──在这段“高潮期间”，它们被要求护航波音公司的B-29轰炸机执行对日本列岛上目标的轰炸任务。
为B-29护航的P-51战斗机
最后一次将“野马”这款北美公司研发的经典单座战斗机（1947年美国空军正式成立后更名为F-51）投入战斗是在1950年爆发的朝鲜战争的初期阶段：在此期间，美军的“野马”战斗机总共飞行了约62607个架次，仅仅损失了474架F-51。
“野马”战斗机还有一款双机身版本，被称为F-82“双野马”（Twin Mustang），这款机型最初是应陆军航空队的要求为在超远的航程上护送轰炸机而研制的，目的是支援对日本本土岛屿的登陆作战。这些“双野马”同样凭借其优异的性能而在朝鲜战争期间服役过。
P-82/F-82“双野马”战斗机
威力强大而又造型优雅的P-51仍然是一年一度的雷诺飞行竞技比赛（Reno Air Races）和夏季航展赛事中的一个宠儿，而且在研发初期克服了种种问题之后，直到现在她们都也没再出现过这些问题。