Самолет развивал скорость в 2.15М и достигал высоты 18000 м за девять минут. В процессе эксплуатации потолок самолета ограничили 17700 м.

На самолет "Мираж" IIIB использовался двигатель "Атар" 9B-3 версия 101.

Несмотря на то, что "спарка" была создана по требованию ВВС Франции, никаких шагов со стороны заказчика не предпринимались до августа 1960 года, когда было решено закупить 26 самолетов. Первый, серийный "Мираж" IIIB No.201, взлетел 19 июля 1962 года.

Поставки самолета осуществлялись в эскадроны, использующие "Мираж" IIIC, IIIE, IIIR и бомбардировщик "Мираж" IVA. В 1966 году, все обучение на "спарках" было сконцентрировано в пределах 2 эскадрона в Дижоне, позже, в 1986 году эти функции перешли к 13 эскадрону в Кольмаре. В дальнейщем один "Мираж" IIIB был предоставлен Центру изучения полета, четыре "Миража" IIIВJ отправили в Израиль, четыре "Миража" IIIВS в IIIBейцарию (один из самолетов был собран потомками там же) и три "Миража" IIIВZ были поставлены в Южную Африку.

Учебно-тренировочные двухместные самолеты "Мираж" IIIB способны нести вооружение класса "воздух-поверхность" (Серийные IIIВ для ВВС Франции не имеют вооружения). Самолет "Мираж" IIIB имеет конструкцию, аналогичную "Миражу" IIIC, и отличается удлиненной на 0.6 м носовой частью фюзеляжа с целью размещения кресла второго пилота, а также отсутствием встроенной пушки. Построено 110 самолетов для ВВС Франции и на экспорт. Производство "Миража" IIIB для ВВС Франции закончилось 1962 году.

Один "Мираж" IIIB был использован в качестве "летающей лаборатории" для исследований по программе "Конкорд". В связи с этим в его кабине установили органы управления - такие же, как на пассажирском сверхзвуковом лайнере "Конкорд", и специальные автоматы воспроизведения усилий управления и нагрузок. Самолет использовался для приобретения гражданскими пилотами-испытателями навыков полета на сверхзвуковых самолетах.

Пять "Миражей" IIIB (No.-231-235) специально были заказаны для Центра изучения полета (CEV), с базами в Газо, Бретань-сюр-Орж и Истре.

Между июлем 1967 и октябрем 1968 года, для стратегических военно-воздушных сил Франции (CIFAS 328) было поставлено 10 "Миражей" IIIB (No.241-250), оснащенных топливозаправочными штангами в носовой части самолета. Обозначенные, как "Мираж" IIIB-2 (RV - Ravitaillement Vol (полетная дозаправка)), самолет использовался будущими пилотами "Миража" IV для упражнений, по заправке топливом в полете от топливозаправщика Боинг C-135FR.

Вторая серия "Миражей" IIIB, по уровню выполняемых задач была подобна "Миражу" ШЕ. В дополнение к некоторым изменениям в компоновке кабины экипажа, самолет не был оборудован РЛС, и на ее месте находилась часть БРЭО. Приемник воздушного давления (ПВД), был поднят немного выше вершины конуса носового обекателя. Характерный для "Миража" ШЕ обтекатель ВЧ антенны на киле был удален, но появилась пара ребер внизу носовой части фюзеляжа, служащие обтекателями для соединения БРЭО, размещенного в носовой части фюзеляжа с БРЭО, расположенного за кабиной пилотов. Суть этих ребер была в том, что проводка не шла через герметичную кабину экипажа.

В экспортном варианте самолета, эти изменения привели к появления экспортного наименования "Мираж" IIID или 5D, в соответствии с той одноместной модификацией, которая использовалась. Для введения противника в заблуждение, о том, что на самолете установлена РЛС, передняя часть носового обтекателя окрашивалась в черный цвет.

Самолет получил новый двигатель Атар 09C3, внешне отличный от ранних модификаций "лепестковой" форсажной камерой сгорания, вместо двухстворчатой, как на Атаре 09B3. Также по сравнению с ранней модификацией двигателя новый имел девятиступенчатый компрессор (пять стальных и четыре легкосплавные ступени), стартер с автономным пуском. С данными изменениями двигатель на высоте 11000 м и скорости 1.4М развивал такую же тягу, как и на уровне моря -62.76 кН. Массовый расход воздуха и степень сжатия компрессора, аналогичны Атару 09B -68 кг в секунду и 5.5:1 соответственно, а вот вес двигателя увеличился с 1350 кг до 1420 кг. Повышения характеристик произошло за счет улучшения дожигания топлива и уменьшения его расхода. При тяге 41.97 кН Атар 09C3 расходовал на 2% меньше топлива, чем Атар 09В при тяге 41.68 кН. На форсаже меньше на 1%.

Заказ самолетов для ВВС Франции для "Миража" IIIBЕ составил 20 самолетов (No.257-276), поставки начались с февраля 1971 года во 2-й эскадрон в Дижон, позже оставшиеся самолеты передали 13-му эскадрону в Кольмаре. Два "Миража" IIIBЕ были переданы Ливану в 1968-69 годах, но там они использовались совсем немного.

Фактически "Мираж" IIID и 5D это двухместные экспортные модификации, хотя "Мираж" 5D также являлся и одноместным самолетом. Внешне различий между "Миражом" IIIВЕ, IIID и 5D немного, кроме окрашенной в черный цвет носовой части. Также "Мираж" IIID выпускался в Австрии по лицензии. Избыток французских "Миражей" IIIBE шел на экспорт, соответственно самолеты получали новое наименование - так IIIDBR для Бразилии (два самолета), 5SDD для Египта (три самолета), три самолета, поставленные Чили в 1982-87 годах были названы, как 50DC, но были оснащены двигателем Atar 09C3, вместо Атар 09K50, аналогично IIID2Z ВВС ЮАР, которые также оборудовались двигателем Атар 09C.

Новые "спарки" получили следующие страны, под следующими наименованиями:

• 5DAD для Абу-Даби (три самолета);
• IIIDA для Аргентины (четыре самолета);
• IIID для Австралии (16 самолетов собраны австралийцами);
• 5BD для Бельгии (из 16 самолетов 15 были собраны бельгийцами);
• IIIDBR для Бразилии (два самолета местной сборки получили название F-103D);
• 50DC для Чили (три самолета);
• 5COD для Колумбии (два самолета);
• 5SDD для Египта (три самолета);
• 5DG для Габона (четыре самолета);
• 5DD для Ливии (15 самолетов);
• IIIDP/5DPA2 для Пакистана (пять и два самолета соответственно);
• 5DP/5DP3/5DP4 для Перу (четыре, один и один самолет);
• IIIDZ/IIID2Z для ЮАР (3 и 11 самолетов);
• IIIDE для Испании (шесть самолетов местной сборки получили название CE.11);
• 5DJ для Швейцарии (два самолета);
• IIIDV/50DV для Венесуэллы (три и один самолет);
• 5DM для Заира (три самолета).

Кроме того была выпущена еще одна модификация самолета - "Мираж" IIIB-SV. Фактически это "Мираж" IIIB No.-225, специально переделанный для изучения управления самолета неустойчивой аэродинамической схемы. Взлетевший 17 февраля 1975 года, этот самолет стал первым летательным аппаратом в истории французской авиации, оснащенным электродистанционной системой управления (ЭДСУ). С 8 сентября по 17 октября 1975 года самолет совершил 94 полета. Данные исследования проводились по программе создания "Миража" 2000.