Конструкторы «Локхид» предприняли радикальную ревизию многих элементов планера YP-38 с целью снижения массы самолета. Расчетная полетная масса машины была уменьшена до 6129 кг, а максимальная перегрузочная — до 6514 кг. Предполагалось, что новый вариант самолета сумеет развить скорость 652 км/ч на высоте 6100 м.
В конце 1939 г. руководству Воздушного корпуса США и директорату «Локхид» стала очевидной неизбежность участия армии США в развернувшейся войне. Новый истребитель компании должен был сыграть в ней свою роль. Кроме того, могли последовать заказы от европейских стран, уже вовлеченных в войну. Поэтому командование Воздушного корпуса приняло решение заказать первую серию из 66 самолетов и дать фирме указания о развертывании дополнительных производственных площадей, не дожидаясь окончания войсковых испытаний YP-38.
Однако вследствие нехватки квалифицированных инженеров и большого количества проектов, одновременно разрабатывавшихся фирмой, темп изготовления предсерийных YP-38 замедлился. Первый из них был облетан только 17 сентября 1940 г. летчиком-испытателем Маршалом Хидлом, второй включился в летные испытания в январе 1941 г., а последний — только в июне 1941 г.
Испытания YP-38 (обычно называемых «Уиппи») проводились летчиками компании «Локхид» и армейскими пилотами USAAC на авиабазе Райт Филд. Полеты выявили ряд проблем, включая уже упоминавшийся бафтинг хвостового оперения. Кроме того, в ходе выполнения заданий, связанных с пикированием и полетами на сверхмаксимальных скоростях, были обнаружены явления, возникающие вследствие сжимаемости воздуха. На больших высотах при скорости, соответствующей числу Маха порядка 0,7–0,75, максимально достижимой для P-38 (хотя летчики в своих рапортах порой сообщали и о более высоких скоростях), управление как бы заклинивало и самолет становился неуправляемым. 4 ноября 1941 г. летчик-испытатель Ральф Винден погиб на одном из YP-38 (зав. номер 39-689), выполняя разгон на пикировании до сверхвысокой скорости.
Скачок уплотнения, возникавший при высокоскоростном обтекании центральной секции крыла и вызывавший ухудшение управляемости в вертикальной плоскости, оказался очень сложной проблемой, которую не удавалось решить вплоть до 1944 г. Летчики воспринимали это явление так, словно «гигантская рука выхватывала самолет из-под контроля». Поэтому пилотов ранних вариантов P-38 инструктировали об ограничениях, предотвращающих попадание в область волнового кризиса, и о методах вывода самолета из опасного положения.
Поскольку бафтинг хвостового оперения вначале был ошибочно принят за флаттер и связывался только с большими скоростями, способ его устранения был найден с огромным трудом после проведения обширных экспериментальных исследований в полетах и продувок в аэродинамической трубе. Дополнительные балансировочные грузы, смонтированные на руле высоты по предложению армейских специалистов, не в полной мере устранили проблему, однако стали непременной принадлежностью всех позднейших модификаций. Была также предпринята попытка бороться с бафтингом путем улучшения формы зализа на стыке крыла и фюзеляжа. Изучались 15 вариантов конструкций (наряду с изменением формы передней кромки крыла), прежде чем удалось найти удовлетворительное решение.
Войсковые испытания YP-38 проводились весной и в начале лета 1941 г. на базе 1-й группы перехватчиков (1 PG — Pursuit Group) в Селфридж Филд, штат Мичиган. Здесь же производилось переучивание пилотов из других групп на первые серийные P-38.
Еще до того как головной YP-38 смог подняться в небо, уверенность фирмы «Локхид» в блестящих перспективах производства нового истребителя оправдалась. Помимо заказа на 66 самолетов первой серийной партии для USAAC, оформленного в сентябре 1939 г., британская и французская закупочные комиссии в мае 1940 г. заключили соглашение с «Локхид» о покупке 417 и 250 машин соответственно. Английский вариант машины получил обозначение «Модель 322B», а французский — «Модель 322F». Впрочем, Франция в конце июня 1940 г. потерпела поражение, и весь контракт был переоформлен на Великобританию. Далее, в августе 1940 г., армия США заказала еще 410 P-38 в вариантах истребителя и самолета-разведчика. Любопытная складывалась ситуация: компания «Локхид» имела заказов более чем на тысячу истребителей нескольких модификаций, но прототип разбился, а его «сменщика» никак не удавалось подготовить к испытательным полетам.