Первый прототип «Веллингтона» Mk. II (per. L4250) с моторами «Мерлин» X. Июнь 1939 г.
В декабре 1940 г. совершил первый полет «Веллингтон» Mk. IV («Тип 424») — третий вариант бомбардировщика с альтернативной силовой установкой. Его оснастили американскими моторами воздушного охлаждения Pratt amp;Whitney R-1830 Twin Wasp. Машину долго доводили, а большинство из 220 выпущенных в Честере «четверок» поступило в строй в 1941-42 годах.
Последней модификацией, разработанной как ночной бомбардировщик, стал «Веллингтон» Mk. X («Тип 448»). В основном он был подобен Mk. Ill, но имел моторы Bristol Herculesus VI или XVI. Однако самой важной инновацией этой машины стал переход к новому алюминиевому сплаву DTD646 с лучшими удельными прочностными характеристиками. Взлетная масса самолета возросла до 15556 кг. На поздних машинах, выпущенных в 1945 г., руль направления сделали с роговой компенсацией. Mk. Хстал самым массовым из семейства «Веллингтонов». Со второй половины 1942 г. по октябрь 1945 г. выпустили 3796 самолетов этого типа, из них – 1370 в Блэкпуле и 2426 – в Честере. 270 «десяток» переделали в учебно-тренировочные самолеты «Веллингтон» Т Mk. 10 («Тип 448») и «Веллингтон» Т Mk. XIX («Тип 619»), предназначенные для подготовки летчиков, штурманов и бортоператоров. На них отсутствовали передние турели и, как правило, были сняты пулеметы кормовых оборонительных установок. Размер бокового остекления у разных самолетов мог варьироваться. На некоторых машинах по правому борту в хвостовой части фюзеляжа устанавливали боковую дверь.
В 1943 г. вУэйбридже приступили к переделке устаревших «единичек» и «троек» в транспортные самолеты. С них сняли вооружение, носовую и хвостовую турели заменили обтекателями, врезали дверь на правом борту. Всего переделали более 100 машин, получивших наименование «Веллингтон» С Mk. XV, «Веллингтон» С Mk. XVI и «Веллингтон» С Mk. Ill (конверсии Mk. IA, Mk. IC и Mk. Ill соответственно). Транспортные варианты эксплуатировались в основном на Ближнем Востоке. Они перевозили грузы, пассажиров, буксировали десантные планеры. Также один бомбардировщик Mk. IA (per. Р2522)переделали в самолет для перевозки солдат. Он получил обозначение «Веллингтон» Mk. IX («Тип 437»).
Отдельной главой в истории «Веллингтона» стали его высотные модификации. Требования В.23/39 по разработке высотного бомбардировщика, сформулированные в начале 1939 г., предусматривали создание самолета с бомбовой нагрузкой 454 кг, рабочим потолком до 12000 м и продолжительностью полета свыше девяти часов. Для работы на таких высотах на самолет предполагалось установить специальную гермокабину, причем кормовой стрелок на средних высотах находился в своей турели и лишь перед набором большой высоты перемещался в гермокабину. Возможными высотными силовыми установками тогда считались моторы «Геркулес» HE8SM и «Мерлин» RM1SM.
Первый прототип «Веллингтона» Mk. Ill (per. Р9238) с двигателями «Геркулес». Май 1939 г.
«Веллингтон» Mk. IA в полете с выпущенной выдвижной подфюзеляжной турелью FN25
«Веллингтон» Mk. IC стал первым крупносерийным самолетом этого типа
Для решения такой задачи «Виккерс» спроектировал цилиндрическую гермокабину. В ее задней части находилась дверь. Круглый вырез сверху, накрытый небольшим прозрачным блистером, обеспечивал пилоту весьма ограниченный обзор. Небольшой иллюминатор перед куполом пропускал свет в кабину штурмана, а другой – спереди под гермокабиной служил для прицеливания при бомбометании. «Геодезический» набор фюзеляжа перед крылом изменили так, чтобы разместить гермокабину. В мае 1939 г. заказали опытные образцы. Первым из них стал «Веллингтон» Mk. V («Тип 407») с моторами «Геркулес» VIII, однако ввиду того, что нужные двигатели задерживались, на опытную машину установили «Геркулес» III, а самолет обозначили как «Тип 421» (per. R3298). Его первый полет состоялся в сентябре 1940 г. В октябре удалось достичь высоты 20000 футов (6096 м), прекратив дальнейший набор ввиду запотевания и обледенения остекления пилота. Позже самолет смог подняться до 30000 футов (9144 м). Проект потребовал серии доводок и переделок, а моторы «Геркулес» VIII, установленные на втором прототипе (per. R3299), так никогда и не оправдали возлагаемых на них ожиданий.
Тем временем, в 1940 г. был выдан заказ по заданию 17/40 на 30 высотных «пятерок». Серийный вариант «Тип 426» оснастили моторами «Геркулес» VIII, а альтернативные «Тип 448» и «Тип 436» – двигателями «Геркулес» 38 и «Геркулес» XI, соответственно. Агрегаты планера для серии были запущены в производство на новом экспериментальном заводе VAX-1 в Смитс-Лаун, а собирали самолеты в Фоксуоррене – небольшом филиале рядом с заводом в Уэйбридже. Было построено только три «Веллингтона» V.
Проблемы с «Геркулесами» привели к тому, что ставку сделали на моторы фирмы «Роллс-Ройс», у которой работы по высотной серии двигателей «Мерлин» 60 продвигались быстрее. Одну из недостроенных серийных «пятерок» оснастили парой «Мерлинов», обозначив ее «Веллингтон» Mk. VI («Тип 431»), Свой первый полет он совершил в 1942 г.
Гермокабина длиной 5,56 м и диаметром 1,65 м была доработана в сравнении с предшественником. В частности, приняли меры против запотевания купола и окон, усилили теплоизоляцию. Для защиты сзади планировали создать герметизированную турель FN70 с четырьмя пулеметами, но пока ее не существовало, на самолете использовали доработанную турель FN20A с дистанционным управлением из гермокабины. Для прицеливания установили специальный перископ. Одно время опытный образец «Веллингтона» Mk. VI летал с удлиненными на 1,83 м консолями, но в серию это не внедрили.
В дополнение к опытному Mk. VI собрали 18 самолетов «Веллингтон» Mk. VIA («Тип 442») с моторами «Мерлин» 60. Тем временем заключили еще один контракт на 130 «шестерок», из которых построили только 46, включая 32 «Веллингтона» Mk. VIG («Тип 449»). Буква «G» означала, что на эти самолеты было установлено секретное оборудование, включавшее систему бомбометания вслепую Oboe. Только два высотных «Веллингтона» применялись в боевой обстановке в 109-й эскадрилье особого назначения. Остальные использовались для тренировок экипажей. Потеря интереса RAF к высотным бомбардировкам объясняется тем, что задачи уничтожения хорошо защищенных целей прекрасно решали средневысотные скоростные бомбардировщики Mosquito.