1940年5月23日，英国与北美正式签署了NA-73X原型机合同，5月29日，北美获得了英国320架的意向采购，能否成为现实则要视原型机的试飞结果。北美航空实际上在1939年夏就已经开始NA-73的雏形设计，因此很快就完成细节设计了，北美航空承诺可以自1941年1月起交付生产型飞机，RAF被称之为野马I型。

1940年9月9日，在英国订单下达后的102天，北美在英格伍德完成了最后的组装工作，大大提前于120天的最后期限。但这并不是一架完整的飞机，由于艾利森的延误没有安装发动机，并且由于缺少新的碟刹，暂时安装了AT-6教练机的轮子，原型机没有涂装，也没有安装机枪，发动机交付延迟的原因是这属于“政府特供设备”，NA-73X是一项私人投资没有获得比P-40更高的优先权。最后安装的发动机是没有涡轮增压的艾利森V-1710-F3R。

1940年9月20日，北美与美国陆军签署的合同中，同意将第4和第10架NA-73移交给美国陆军，这两架飞机获得了XP-51的型号。

1940年10月26日，退伍军人试飞员万斯·布里斯（VanceBreese）驾驶NA-73X首飞。NA-73X空重2847.82千克，正常重量3613.07千克。试飞结果表明比使用相同的发动机P-40快40.23千米/时。经过试飞后，北美对腹部散热器进气口和放气门进行了几项外形上的改动，散热器进气口下移，上唇低于机翼下表面，避免吸入附面层的紊流。在NA-73X的第五次试飞时，试飞员保罗.巴尔弗（PaulBalfour）忘记切换油箱，导致燃料用尽发动机停转后迫降在一个农场中，飞机翻覆。这次事故导致原型机维修了好几个月，但没有过度拖延整个野马项目。NA-73X于1941年1月11日复飞并继续效力于初期的发展计划，1941年7月15日退役。

自1939起，战争中美国总计生产了15575架的野马，仅次于P-47雷电，另外澳大利亚按许可证生产了100架，最终共生产了约15875架P-51各型号，是二战美国战斗机总生产量第二名，仅次于P-47战斗机。由于生产数量的庞大以及卓越的设计，野马战后在一些国家一直服役到1980年代，并且民间还保有150余架能飞的野马。

1941年3月，“租借法案”获得美国国会通过，在此之前英国空军对野马Ⅰ型进行了试飞，认为该机拥有极为优良的中低空性能，因此很快就订购了一批用于低空攻击和侦察。“野马”战斗机获准军援英国后，鉴于“租借法案”规定武器要经由美国军队转交英国，因此美军将“野马”战斗机编号为P-51。

1941年12月7日，珍珠港事件之后，美国正式全面参战，美国陆军航空队也开始装备P-51战斗机。同样，美国的P-51战斗机也是专司中低空对地攻击任务，美国甚至在P-51战斗机的基础上研制了一种俯冲轰炸机。但总体而言，这时的P-51战斗机还只是一种性能并不突出的中档战斗机。

1942年，英国试飞员建议为P-51战斗机换装罗尔斯-罗伊斯公司最新研制的发动机。换装后的试飞结果显示，飞机性能有了明显提升。美国工厂根据英国提供的技术资料开始大规模生产英国发动机，并将原有“野马”战斗机做了若干设计改进以适应新式发动机。英国发动机使得P-51在保持较好的低空性能的情况下高空飞行性能上赶上了德国战斗机，而且换发后的P-51大大节油，再加上新配上的副油箱，P-51成为了第一种能从英国直飞德国腹地的战斗机。换发后的P-51战斗机同时承担高空作战任务、低空侦察与攻击任务。

1943年4月，备P-51装备照相侦察型，6月装备攻击型A-36。随后，战斗型P-51A、P-51B、P-51C、P-51D先后投入批生产。

第二次世界大战中后期，英美军队开始向德国战领区和德国本土进行大规模的空袭，在空袭柏林的作战中，英国参战的轰炸机主要有“兰彻斯特”式、“哈里法克斯”式、“斯特林”式和“惠灵顿”式。这些飞机尽管载弹量大、航程远，但自卫能力较弱，面对德军“福克”式战斗机和“梅塞斯密特”式战斗机的拦截，战损较大。美国参战的轰炸机是比较先进的B-17和B-29轰炸机，其自卫能力强。但是没有足够的战斗机掩护，盟军在轰炸初期仍然遭到重大挫折。轰炸机的战损率高达9%，这样高的战损率对于要进行长期的战略轰炸的盟军来讲，是无法承受的。此外，盟军战斗机需要实施“零高度攻击”（在10米高度以下飞机高度表指示为零）以打击德军地面部队和运输线，但盟军飞行员担心遭到德军高射炮火的攻击，常常不敢把飞机降到理想的投弹高度，结果大量的弹药无法命中目标，造成极大的浪费。有的飞行员则担心德军战斗机的攻击，没有飞到目标上空就慌忙投掉炸弹，算是完成了任务。

二战后，P-51不仅参加了朝鲜战争的部分战斗，还提供给很多国家充作美国军援。为了弥补教练机的不足，第7航校修复改装了13架双座教练机，是主力教练机型之一。

P-51战斗机布局没有特别之处，但采用先进的层流翼型，高度简洁的机身设计，合理的机内设备布局，这使它的气动阻力大大下降，并且在尺寸和重量与同类飞机相当的情况下，载油量增加了3倍。这使它的航程达到1370千米，足以掩护B-17轰炸机进行最远距离的攻击。

早期虽然在动力上只能采取和P-40相同的仅搭配一级增压器的亚利森液冷发动机，但相较于P-40，该机以更先进的进气配置与总体布局使冷却和空气动力效率大为提高，并纳入层流翼设计进一步强化高速性能。之后改装搭配有二级二速的机械增压器的英国梅林发动机，使其高空性能突飞猛进，北美公司还针对新发动机带来的问题逐一修改，进一步提升其飞行性能。

该机起落架的轮距适中，在整备不良的地面降落时较以往的同级战斗机来得稳定，在地面滑行时具备一定程度安定性的同时亦有理想的操控性，所以获得必须经常在战地机场上起降的前线飞行员们好评。

美军二战时期主力战斗机无论是液冷或气冷发动机都倾向采用涡轮增压器以强化高空性能的方针，但P-51由于非美军内定机种，设计初期无法取得涡轮增压器配额；故早期野马（P-51A、A-36A）采用与P-40相同、仅搭配一级一速机械增压器的亚利森V-1710液冷发动机作为动力来源。当飞行高度超过12000英尺之后，输出功率下降很快，使得高空性能不佳。

1942年，北美航空公司和英国劳斯莱斯公司合作，将P-51的发动机改装成由英国劳斯莱斯公司授权美国派卡德公司生产的的梅林发动机（V-1650）。该发动机装有两级两速的机械增压器，充分改善15000英尺以上的功率输出，P-51B/C/D战斗机使用该型发动机。

经过这项改进，P-51“野马”战斗机的性能得到很大提高，其高空最大速度由原型机的614千米/小时提高到709千米/小时。

P-51战斗机在不同型号中采用过不同的武器装备：NA-73构型的P-51（美式称呼）或“野马Mk.I”（英式称呼）采用4挺12.7毫米勃朗宁重机枪及4挺7.62毫米勃朗宁轻机枪。NA-83构型的P-51采用2挺12.7毫米重机枪及4挺7.62毫米轻机枪。英国皇家空军的NA-91构型“野马Mk.IA”部份采用过4门20毫米希斯潘诺机炮。NA-87/NA-97构型的A-36A为俯冲轰炸机型，有6挺12.7毫米重机枪。机鼻下方两挺，左右两翼各两挺。NA-99构型的P-51A取消了A-36独特的机鼻下方机枪，故只有4挺12.7毫米重机枪。美国陆航的P-51B/C亦采用4挺12.7毫米重机枪。（此时期的野马型号因弹链供弹角度设计问题，经常卡弹。此问题在D型之后解决）。P-51D装备6挺12.7毫米机枪，备弹1880发。内侧两挺各400发，外侧四挺各270发。

二战时期，MustangI多用于低空侦察任务并配属给英国空军陆地协作司令部，并在飞行员座椅后的左侧座舱玻璃倾斜安装了一台照相机，右侧对应水平安装了一台照相机。

2010年，美国空军重新购置100架P-51战斗机，从美军拟装备的战机性能来看，所购买的P-51战斗机均经过一定的改装，成为“新野马”。其中机载设备使用先进的综合显示器；安装了自动驾驶仪和卫星导航系统等。

1943年秋，P-51战斗机在远东和太平洋战场上参战。

1943年10月17日首批8架P-51B抵达昆明巫家坝基地，美国陆军第14航空队（AVG，俗称飞虎队）第23大队第76中队成为首批在中国使用“野马”的单位。

1944年3月，的柏林大空袭中，P-51战斗机击落德机41架。6月，大批P-51战斗机参加了支援诺曼底登陆作战。1944下半年，P-51已牢牢控制了西欧大陆的制空权。二战期间，在欧洲战场，P-51战斗机出动13873架次，投弹5668吨，击落敌机4950架，击毁地面敌机4131架，被誉为“歼击机之王”。

1944年11月，中国空军首次接收美军移交的P-51B型，1945年2月后开始大量接收，后期改为性能更强的P-51C、D、K各型，最初配属中美混合联队的3、5大队。第5大队第28中队是中国空军第一个接收“野马”的单位。

1943年11月25日，中美双方出动B-25D轰炸新竹机场，美14航空队出动8架P-51B掩护B-25D。当抵达台湾外海后中美机群立刻爬升到130米。从西南方向接近新竹机场。当机群抵达时恰有一群约20架96舰爆正在飞行训练。P-38G先上前攻击，P-51B随即迅速脱离编队冲上去抢先开火。两型机在空中击落12架敌机。P-51B还转入对地扫射，摧毁了大约12架敌机。

1943年12月1日，中、美空军大规模出击香港，8架P-51B再次担任护航任务，但在完成任务后返航至中山县上空时遭到10架敌战斗机拦截。一架P-51B被击落。这也成为在中国战区损失的第一架“野马”。

1943年12月24日美国第14航空队6架P-51B、24架P-40N战斗机从桂林出发，掩护28架B-24重型轰炸机大举袭击广州天河机场。15时20分，中、美空军机群在广州北部上空突遭敌10架中岛一式“隼”战斗机自8千米高空俯冲而下的偷袭，P-51B凭借优异的爬升性能和加速性能，立即摆脱了日机的攻击，并很快利用性能优势扭转了被动局面，确保轰炸机顺利完成了任务。随着各型P-51不断到来，中、美空军逐渐掌握了中国上空的制空权，无论是最初的P-51B还是后来的P-51D都对日本主力战斗机具有绝对性能优势。

1944年8月19日，装备”疾风”的日本陆军航空队第22飞行战队到达汉口，与P-51战斗机抗衡，并于次日开始在湖南一带袭击中、美空军轰炸机。由于中、美空军对此没有思想准备，这些”疾风”在局部地区取得了一定的空中优势。随着P-51D部队采用从欧洲战场引进的垂直机动战术，“疾风”的优势变为均势。由于各地日军纷纷要求第22战队支援，该战队疲于奔命，仅一个月时间就损失了一半的飞机，战队长岩桥也在奔袭西安的战斗中毙命。中、美空军凭借P-51战斗机熟练上的优势，将装备”疾风”的日军第25、85战队先后从白螺矶和汉口步步逼退至南京、上海、北京甚至汉城。

1944年12月18日中、美空军出动B-29和P-51、P-40上百架，对汉口日军基地进行了大规模轰炸。日军尽管事先得到情报并调集侵华战斗机部队主力迎战，但依然遭到毁灭性打击。日军绝大部分战斗机都在此役覆灭。1945年后，日本战斗机见到P-51就躲，P-51均采用铝质蒙皮的银色涂装，与P-40迷彩大为不同，因此日机只要见到反射阳光的银色飞机便逃遁而去，很少主动与P-51交手。

1945年初，美国海军陆战队攻下硫磺岛后，P-51也进驻岛的上的机场以为轰炸日本的B-29轰炸机护航。

1945年1月5日，中、美空军集中优势兵力强攻日军武汉据点，P-51B和P-40N轮番进入低空扫射．将机场上所有目标悉数消灭。待P-40N扫射过后，P-51B随即进入攻击航线，沿敌停机线投放炸弹。其后两天中、美空军的大机群继续出动，使用燃烧弹和杀爆弹轮番轰炸，将敌机全部摧毁在掩体内。经过3天的猛烈轰炸．日军武汉基地群被彻底摧毁。

1945年2月10日为配合盟军在菲律宾的登陆作战，第3大队出动12架P-51战斗机从老河口出发远征日海军航空队在青岛的机场。P-51在这次远程奔袭中击毁了地面敌机45架，而未见敌机升空应战。

1945年3月7日，第3大队的10架P-51D战斗机从老河口长驱直入南京，扫射、轰炸了明故宫机场和下关码头。7中队的中国分队长王光复击落日机1架，美国飞行员击落日机3架。空战中7中队队长叶望飞和王光复的座机都曾中弹，但却顺利脱离战场返航。途中王光复因座机不支而跳伞，后获救返队。叶望飞却在迫降时不幸负重伤牺牲。

1945年4月1日美军在冲绳岛登陆。为了配合攻势，第3大队40架P-51战斗机全体出动远程奔袭上海各机场。P-51D机群于7时整白陕西安康基地起飞，经过4小时的跋涉抵达上海的江湾、大场机场。P-51D机群飞临目标上空后，立即分散搜寻目标。邢海帆冲向江湾机场时发现有一架敌机正在跑道上强行起飞，他立即将其击落，成为这场战斗中唯一获得空战战果的飞行员。随后3大队的两个攻击中队脱离航线拉起到长江口上空，再转回搜索江湾、大场机场的目标，但没有发现敌人疏散隐蔽的飞机。担任掩护的17中队在黄浦江以东上空遭遇几架日本战斗机和返航的轰炸机，遂将其悉数击落。

1945年4月2日、3日3大队战斗机群又连续出击上海。3大队从安康出动后，以武汉、南京等敌占中心城市为航迹检测点，每临一地必下降高度对照地标．却未遭任何日军飞机阻拦。在这次任务中第3大队没有因战斗而损失P-51D，却因故障和飞行疲劳损失了3架P-51D和1名美国飞行员。

1945年5月中旬以后中美、航空兵向敌后纵深发展，同年5月8日3大队出动P-51D战斗机20架护航B-24前往天津轰炸，5月28日第3大队4架P-51D从安康出击河南商丘的日军，第23中队飞行员董斐成在低飞扫射时被敌高射炮击中牺牲。

1945年5月31日，中国空军4大队出动P-51D战斗机16架远征南京明故宫机场，地面炸毁敌运输机1架，与敌占数量优势的30架三式-“飞燕”战斗机发生空战。4大队飞行员充分发挥P-51D的速度优势，从高空俯冲而下对日机发动凌厉攻击。由于日军有经验的飞行员已经损失殆尽，空战很快便成为一边倒的屠杀。中方称击落10架日机。中方一架P-51D返航时因故障迫降在霍山西南的沙滩上。

1945年6月11日中国空军第4大队8架P-51战斗机从恩施出击徐州敌军机场，分队长严仁典在低空攻击时被地面炮火击中，跳伞后阵亡。这是中国空军在抗战中牺牲的最后一位P-51飞行员。

1945年8月14日，中美混合联队第5大队的P-51D从芷江出发，4架P-51D前往湖南醴陵轰炸敌仓库，4架P-51D出击湘潭之敌，2架P-51D前往宝庆进行气象侦察。

1945年8月15日，日本战败投降，8月21日，野马负责押解日方代表乘坐的飞机到芷江投降，中国抗战获得最后胜利。

抗战胜利后，国民党把P-51用于国共内战，1948年9月23日一架第4大队的P-51由北平起飞到吉林四平机场由中国人民解放军接收，之后又有两架，1948年中国人民解放军又在锦州找到几架，同年11月中国人民解放军成立了第五修理厂，先后修理了36架，令解放军可用的P-51达到39架，当中大部份是P-51D，其余是P-51K。

1949年10月1日中华人民共和国成立时总共有9架P-51参与开国大典。

1948年9月23日，国民党空军第4大队23中队上尉分队长杨培光驾驶1架美制P-51战斗机从北平起飞，先飞到辽源机场，遭到地面炮火猛烈射击，被迫继续北飞，后在四平机场降落。

1948年12月29日，国民党空军第4大队23中队中尉飞行员谭汉洲驾驶1架美制P-51战斗机从青岛起飞，在沈阳北陵机场降落。

1949年1月14日，国民党空军第3大队28中队中尉飞行员阎承荫驾驶1架美制P-51战斗机从南京飞机，飞抵济南张庄机场。(阎承荫的三哥就是在抗战时期发明了空中降落伞雷的著名飞行教官阎雷)。

1950年，朝鲜战争爆发，P-51也入朝参战，成为“联合国军”的对地攻击机，这是螺旋桨战机最后的用途。

P-51战斗机是二战中盟军最优秀的全能活塞动力战斗机之一，也是盟军空权的象征，击落了4950架敌机，占美国陆军航空军在欧洲上空击落总数的48.9%，并击毁了4131个地面目标，另外还击落了超过230枚V-1飞弹，甚至还击落了德国空军最精锐的喷气式战斗机。功能、尺寸与当时英国的喷火战斗机、德国的BF-109战斗机、日本的零式战斗机相当。