Испытания продолжались до 20 ноября 1940 года, когда NA-73X поднялся в девятый полёт. Неожиданно «обрезал» мотор и пилотировавший машину Пол Бальфур попытался посадить её на свежевспаханное поле. К сожалению, самолёт перевернулся. Бальфур остался невредим, a NA-73X ремонтировали до 11 января 1941 года. Причина аварии была до обидного простой — из-за неправильных действий пилота прекратилось поступление топлива в двигатель. Всего NA-73X выполнил 45 полётов и был списан 15 июля 1941 года.
P-51 «Мустанг I» и IA
Первый «Мустанг I» был почти точной копией NA-73X. Первую серийную машину AG 345. выкатили из сборочного цеха 16 апреля 1941 года, а через семь дней она поднялась в воздух. Начиная с четвёртою серийного «Мустанга I». в конструкцию самолёта внесли несколько изменений. Увеличили площадь воздухозаборника системы охлаждения, а канал воздухозаборника карбюратора, располагавшегося сверху носовой части фюзеляжа, удлинили до конца винта. Проблему со слишком большими усилиями на элеронах вылечили установкой на них триммеров. Наконец, округлый козырёк кабины пилота, как у самолётов для воздушных гонок, заменили новым, состоявшим их трёх панелей, причём лобовую сделали из пуленепробиваемого стекла.
В сентябре 1941 года второй «Мустанг I», AG 346, в разобранном виде отправили морским путём в Англию. В Северной Атлантике судно было атаковано немецкими бомбардировщиками — первый случай участия «Мустанга» в боевых действиях, когда он даже не мог оказать сопротивления. К счастью, всё обошлось, и 24 октября «Мустанг» был доставлен на авиабазу RAF Бертон Вуд. где его собрали к концу того же месяца. На AG 346 установили британскую радиостанцию и полный комплект вооружения, включавший четыре 7,69-мм пулемёта в крыле, два 12,7-мм пулемёта, тоже в крыле, и два синхронизированных 12,7-мм пулемёта в носовой части фюзеляжа. Лётные испытания показали, что характеристики «Мустанга I» соответствуют обещаниям инженеров «Норт Амернкэн». Его скорость составляла 614 км/ч на высоте 4267 м, что было меньше, чем у AG 345 (627 км/ч), но это объяснили использованием камуфляжной краски. Единственным недостатком, мешавшим использовать машину в качестве полноценного истребителя, являлся потолок, не превышавший 9144 м.
Англичане решили, что наиболее целесообразно будет использовать машину в качестве штурмовика и фоторазведчика. Для решения второй задачи самолёт оборудовали двумя фотокамерами — одна размещалась по левому борту непосредственно за креслом пилота, а вторая — в хвостовой части фюзеляжа за радиатором. Первым из подразделений вооруженных «Мустангами», достигла полной боевой готовности 2-я эскадрилья в Соубриджуортс — это произошло в апреле 1942 года. Первый боевой вылет эскадрилья совершила 10 мая, когда сё самолеты пересекли Канал, чтобы атаковать немецкий аэродром во Франции. «Мустанги» 2-й эскадрильи 27 июля 1942 года сделали то, что больше не мог сделать ни один другой истребитель: взлетев с английского аэродрома, они взяли курс на Германию, чтобы атаковать цели в районе Рура. Это был первый за войну случай, когда истребители союзников появились в небе над Рейхом. Во время неудачного рейда на Дьепп «Мустанги» одержали первую победу — пайлот-офицер Холлис Хилл сбил FW 190. В тот же самый день был потерян первый «Мустанг».
Четвёртый и десятый серийные «Мустанги I» были взяты USAAC, который проявил запоздалый интерес к проекту. Самолёты, получившие обозначение ХP-51 и серийные номера 41-038 и 41-039, доставили в Райт Филд, Огайо, и поместили на хранение. Никто не проявлял интереса к самолётам, предназначавшимся RAF. Лишь после совместного запроса RAF и ВМС США. просивших испытать новую пневматическую систему перезарядки оружия. 41-038 решили использовать в качестве летающей лаборатории для решения этой задачи. Наконец Армейскому Воздушному корпусу стало ясно то, о чём уже давно знали в RAF. После первого полёта, состоявшегося в конце 1941 года в Иглин Филде, лётчик-испытатель мог говорить только о превосходных характеристиках нового истребителя, в волнении совершенно забыв об испытании системы перезарядки.