Первый ХР-51В был готов к летным испытаниям 30 ноября 1942 года. Самолет облетал летчик-испытатель Боб Чилтон. Инженеры фирмы North American решили проблему монтажа двигателя V-1650-3 иначе, чем их коллеги из Rolls-Royce. Их решение оказалось лучше, что сделало характеристики Р-51В лучше, чем характеристики «Мустанга X». Эдгар Шмюд позднее рассказывал такой случай, произошедший в ходе летных испытаний: «Пока шли испытания прототипа, была уже готова первая серия из пятидесяти Р-51В. Во время первого полета, уже через 15 минут летчик-испытатель доложил на землю по радио о перегреве двигателя. Когда самолет приземлился, выяснилось, что радиатор машины насквозь коррозировал! Оказалось, что каналы системы охлаждения на двигателях Merlin покрыты слоем меди, который образовал с алюминиевыми стенками радиатора электрохимическую пару. Скорость химической реакции росла вместе с температурой охлаждающей жидкости. В результате ХР-51В практически вышел из строя, а на сборочной линии в стадии окончательной сборки находилось еще 50 машин. Мы обратились за помощью в Бюро стандартизации в Вашингтоне. Несмотря на то, что была пятница, ответ из Вашингтона поступил уже в понедельник. Было предложено покрыть внутреннюю поверхность алюминиевого радиатора лаком Keg-Liner, обычно использовавшемся для покрытия пивных банок! Этим способом удалось спасти первые 50 машин, а в дальнейшем конструкцию радиатора изменили (конструктор радиатора Билл Уилер), применив на нем специальный ингибитор коррозии. Ингибитор, известный под названием МВТ был предложен фирмой Union Carbide». Летные испытания завершились 4 декабря 1942 года. Второй прототип поднялся в воздух 2 ноября 1943 года, а первую серийную машину Р-51В-1 (43-12093) облетали 5 мая 1943 года.
Серийные самолеты (заводское обозначение NA-102) получили Четырехлопастной винт Hamilton Standard диаметром 3,40 м, и вооружались четырьмя 12,7-мм пулеметами. Предусматривалась возможность установить вместо пулеметов 20-мм пушки, однако возможностью не воспользовались из-за трудностей со снабжением. «Мустанги» были оборудованы подкрыльевыми узлами для внешней подвески авиабомб общей массой 453 кг.
Контракт на поставку 400 серийных машин Р-51В-1 подписали 28 декабря 1942 года. Одновременно, изменили старый контракт на поставку Р-51 А, заказав вместо остальной серии 800 машин P-51B-5NA и 90 Р-51В-10NA. Эти самолеты имели заводское обозначение NA-104. Чтобы выполнить большой заказ на самолеты Р-51В, фирма North American открыла новый сборочный цех в Далласе, штат Техас. Выпускавшиеся там самолеты обозначались как P-51C-NT (заводское обозначение NA-103). От машин Р-51В эти самолеты отличались незначительными деталями. Контракт на поставку первых 1000 данных машин подписали 28 декабря 1942 года. Первый серийный Р-51С поднялся в воздух 5 августа 1943 года.