В 1941 году на самолетах типа «D» проводились испытания на прочность конструкции. Во время одного из таких испытаний в сентябре 1941 года самолет, пилотированный Бадом Келли, развил в пикировании скорость 805 км/ч. При выходе из пике была отмечена перегрузка 8 g, а самолет едва не развалился в воздухе. От самолета отлетел почти весь левый руль высоты, а также отлетела деталь левого сопряжения крыла с фюзеляжем. С нижней стороны рулей высоты сорвало матерчатую обшивку. На земле выяснилось, что самолет потерял и створку левой ниши главного шасси. При этом перегрузка самолета оказалась заметно меньше предполагаемой. К счастью, сам пилот сумел посадить поврежденную машину без ущерба для себя. Однако в январе 1942 года после переделок самолет смог в полной мере выполнить программу испытаний.
В начале 1942 года американское командование разработало план перебросить в Англию американские авиационные части вместе с самолетами. В рамках так называемого плана BOLERO в Англию через Гренландию и Исландию планировалось перебросить две истребительные группы: 1-ю и 31-ю. 1-я группа была оснащена истребителями Р-38 «Lightning», а 31-я — Р-39 «Airacobra». Перелет должен был проходить отрядами по семь самолетов, в состав каждого отряда входило шесть истребителей и ведущий самолет — бомбардировщик Boeing В-17 из 97-й бомбардировочной группы, также предназначенной для переброски в Англию. Первоначально планировалось завершить переброску до середины марта. Однако из-за задержек с доставкой запасных топливных баков для Р-39 операцию пришлось перенести на конец месяца. Bell Aircraft не теряла времени и провела испытания на максимальную дальность полета. Испытания проводились на машине P-39D-1 (41-38287). На самолет установили дополнительный бак емкостью 600 л (158 галлонов). Самолет совершил беспосадочный перелет по маршруту Ниагара-Фоллз-Нью-Йорк-Бостон-Ниагара-Фоллз. Протяженность трассы составила 2333 км (1450 миль). Оставшегося в баках топлива хватило бы еще на 2688 км (1670 миль). Испытания подтвердили, что самолет готов к трансатлантическому перелету. К сожалению, осуществить план так и не удалось. Ситуация на Тихом океане ухудшилась настолько, что 1 июня 1942 года 1-ю истребительную и 97-ю бомбардировочную группу перебросили на западное побережье США. В результате 31-я истребительная группа лишилась самолетов-навигаторов. Поэтому пилоты группы оставили свои машины в Штатах, и 4 июня 1942 года по морю отправились в Англию. Там они получили «Спитфайры», а в 1944 году пересели на «Мустанги».
Всего было выпущено 923 самолета P-39D всех модификаций.
XР-39К