Внутри компании проекту дали обозначение NA-105. Первоначальный контракт оговаривал изготовление двух опытных образцов под обозначением XP-51F, но в июне 1943 года контракт расширили до пяти XP-51F, оснащенных двигателем Packard V-1650-3. Самолеты получили серийные номера от 43-43332 до 43-43336. British Air Commission потребовала передачи двух самолетов для проведения оценочных испытаний. Запрос Technical Command на приобретение двадцати пяти самолетов P-51F для эксплуатационных испытаний еще до проведения испытаний опытного образца удовлетворен не был.

Прототип XP-51F имел лишь внешнее сходство со всеми предыдущими моделями Mustang и ни одна деталь от конструкции прежних машин не подходила к новой. Большинство изменений преследовало одну цель - снижение взлетного веса. Изменениям подверглись основные стойки шасси, колеса и покрышки получили меньшую размерность. Новые колеса потребовали установки новых дисковых тормозов. Крыло имело немного большую площадь и прямую переднюю кромку, без характерного для ранних версий Mustang изгиба. Крыло получило несколько измененный ламинарный профиль со сниженным лобовым сопротивлением. Два внутренних пулемета были сняты и вооружение XP-51F состояло из четырех 12,7 мм пулеметов Browning MG53-2 с боекомплектом по 440 патронов. Объем каждого крыльевого топливного бака был снижен до 102 американских галлонов, а фюзеляжный бак за кабиной пилота был снят.

Конструкция подмоторной рамы также упростилась, что позволило сэкономить почти 100 фунтов веса и улучшить доступ к агрегатам двигателя. Гидравлическая система самолета упростилась, но рабочее давление было увеличено. Радиатор охлаждающей жидкости двигателя и воздухо-воздушный радиатор промежуточного охладителя сжатого воздуха размещались под фюзеляжем в полностью новой трубе, которая имела вертикальный вход, верхняя часть которого располагалась еще дальше чем на P-51D/К от нижней стороны крыла. Маслорадиатор был убран из тыльной группы радиаторов, позволив уменьшить габариты последних и устранив протяженные и уязвимые маслопроводы. Масло пропускалось через теплообменник, смонтированный рядом с радиатором охлаждающей жидкости двигателя. Таким образом масло охлаждалось потоком этиленгликолевой жидкости. Была улучшена компоновка кабины экипажа (со стандартной британской приборной панелью), а бронеспинку включили непосредственно в конструкцию кресла пилота. Каплевидный фонарь кабины получил большую длину и более вытянутую форму для снижения аэродинамического сопротивления. Было снижено аэродинамическое сопртивление рулевых поверхностей, а поверхности хвостового оперения несколько увеличились в размерах. Элероны стали отклоняться на больший угол, а хорды закрылков и элеронов были сделаны равными. Сэкономить вес позволило и применение трехлопастного пропеллера Aeroproducts с полыми стальными лопастями. Ряд ненагруженных металли-ческих частей стал изготовляться формовкой из пластмасс.

Перед началом изготовления прототипов было согласовано оснащение двух последних планеров NA-105 двигателями Rolls Royce Merlin 145M, поставленными из Великобритании по обратному Ленд-лизу. Эти самолеты получили обозначение XP-51G и имели серийные номера 43-43335 и 43-43336.

Технический осмотр прототипов проводился в феврале 1944 года. Первый XP-51F под управлением Боба Чилтона (Bob Chilton) поднялся в воздух 14 февраля 1944 года. Второй и третий прототипы XP-51F взлетели 20 и 22 мая того же года. Сухой вес прототипов оказался почти на 2000 фунтов меньше, чем у P-51D, а нормальный взлетный вес оказался меньше на 1600 фунтов. Прототипы имели стандартный 1695-сильный двигатель Packard Merlin V-1650-7 от P-51D. По предварительным расчетам взлетный вес, по сравнению с P-51D, предполагалось снизить почти на тонну, но реальная экономия веса оказалась намного меньше. В связи с этим максимальная скорость оказалась 466 миль в час на высоте 29000 футов.

Работы над изготовлением четвертого и пятого прототипов NA-105 под обозначением XP-51G начались в январе 1944 года. Двигатели Rolls Royce Merlin 145M поступили в феврале. Основным внешним отличием XP-51G от XP-51F стала установка пятилопастного пропеллера. Дата первого полета первого XP-51G точно неизвестна: одни источники утверждают, что первый полет на XP-51G выполнил Эд Вирджин (Ed Virgin) 10 августа 1944 года, а другие, что первый полет выполнил Боб Чилтон 12 августа 1944 года, а третьи, что первый полет на XP-51G выполнил Джо Бартон (Joe Barton) 9 августа. Дата первого полета второго прототипа известна точно - 14 ноября. Двигатель Rolls-Royce Merlin 145M взлетной мощностью 1910 л.с. сначала оснащался пропеллером Rotol пропеллер с пятью деревянными лопастями, почти идентичным пропеллеру на Spitfire XIV. Однако XP-51G выполнил с пятилопастным пропеллером только один 20-минутный полет, а все другие полеты выполнялись с более привычным четырехлопастным пропеллером Aeroproducts Unimatic A-542-B1. Прототипы показали максимальную скорость 472 мили в час на высоте 20750 футов.

После предварительных полетов, 20 июня 1944 года третий XP-51F был отправлен в Великобританию. Самолет нес стандартный камуфляж RAF и получил обозначение Mustang Mk.V и серийный номер RAF FR409. В ходе испытаний в Boscombe Down взлетный вес Mustang V оказался равным 7855 фунтов. Самолет получил весьма высокую оценку, однако серьезным недостатком стала недостаточная продольная устойчивость, которая в некоторых режимах полета требовала постоянной напряженной работы рулем.

Второй XP-51G отправили в Великобританию в феврале 1945 года. Этот самолет был также назван Mustang V, и получил серийный номер RAF FR410. В феврале 1945 года в ходе испытаний в Boscombe Down самолет якобы достиг в горизонтальном полете скорости 495 миль в час на высоте 20750 футов, хотя при испытаниях в NAA такой же самолет развил только 472 миль в час на той же самой высоте. Но к этому времени приоритеты RAF претерпели изменения и дальнейшие летные испытания не проводились. Судьба FR410 после испытательного полета неизвестна.

Ни XP-51F ни XP-51G никогда не вышли из стадии опытного образца. Одной из причин стала не готовность двигателей Merlin 100 серии к серийному производству. Тем временем Packard Motor Car Company через собственную программу поддержки разработок создала версию V-1650-9 лицензионного двигателя Merlin, способную благодаря впрыску водно-метаноловой смеси развивать кратковременную чрезвычайную боевую мощность 1900 л.с. на высоте 20000 футов. По заверениям представителей Packard Motor Car Company серийное производство таких двигателей предполагалось к концу 1944 года. Поэтому этот двигатель был выбран для установки на следующую модель Mustang, которая получила обозначение P-51H. В развитии P-51H неоценимую помощь оказал опыт работ над XP-51F и XP-51G.

Последний опытный образец в облегченной версии NA-105 был в целом подобен моделям F и G за исключением установки двигателя Allison V-1710. Самолет получил обозначение XP-51J. Примененный двигатель Allison V-1710-119 оснащался двухступенчатым турбокомпрессором с механическим приводом и развивал 1500 л.с. на взлете и 1720 л.с. на высоте 20700 футов благодаря впрыску водно-метаноловой смеси. В отличие от ранних моделей двигателей Allison, этот двигатель имел карбюратор с восходящим потоком. Применение такого двигателя привело к существенным изменениям геометрии носовой части и воздухозаборники в носовой части были убраны. Воздух в карбюратор поступал по каналу через воздухозаборник на передней стороне трубы радиаторов. Самолет оснастили форкилем.

Было заказано два опытных образца XP-51J с серийными номерами 44-76027 и 44-76028. Первый XP-51J впервые поднялся в воздух 23 апреля 1945 года под управлением Джо Бартона. При взлетном весе 7550 фунтов ожидалась максимальная скорость 491 миля в час на высоте 27400 футов. Но самолет такой скорости не достиг из-за недостижения двигателем Allison спецификационной мощности. В связи с этим первый прототип XP-51J был арендован компанией Allison и использовался для доводки двигателя.

Второй опытный образец XP-51J был изготовлен, но никогда не летал и использовался как источник запасных частей для поддержания в пригодном к полетам состоянии первого образца. После окончания войны на Tихом океане всю дальнейшую работу над XP-51J свернули.

По странному стечению обстоятельств ни один из XP-51F, G и J никогда не фотографировался в полете. В послевоенные годы ряд историков тщетно искали фото облегченного Mustang в воздухе. Прототип XP-51G (№ 43-43335) пережил все эти годы. В 80-е годы Джон Морган (John Morgan) из Ла Канада (штат Калифорния) попытался восстановить этот самолет до летного состояния. К сожалению части XP-51G оказались не взаимозаменяемы с аналогичными частями более многочисленного P-51D и такие планы реализовать не удалось.