Увеличив производственные площади, путем достройки нового этажа в декабре 1971 года, компания Дассо к концу 70-х производила всего 14% от общего выпуска самолетов "Мираж" III.

"Мираж" IIIC имел такую же площадь крыла и высоту, как и его предшественник "Мираж" IIIА, но длина фюзеляжа возросла до 14.73 м. Максимальный вес самолета составлял 11800 кг, и нормальный вес колебался от 7960 кг до 9730 кг. Самолеты "Мираж" IIIC оснащались турбореактивными двигателями ATAR 9B3 со статической тягой на форсаже 6000 кгс. В качестве дополнительной силовой установки использовался жидкостный ракетный двигатель SEPR 844 с тягой 1680 кгс, который устанавливался вместо дополнительного топливного бака в фюзеляже. Бак емкостью 410 л с неагрессивным фуралином (ТХ2) замещал съемный модуль в передней части фюзеляжа с двумя 30-мм пушками "Дефа"; бак с окислителем (азотная кислота) находился внутри контейнера с ЖРД. Продолжительность полета самолета в варианте перехватчика с ЖРД составляла 30 минут. С двигателем "Атар" 09B3 и ракетным ускорителем SEPR 844 "Мираж" IIIC достигал высоты 18000 м за 6 мин 10 сек. Также, как и для "Миража" ШВ потолок ограничили 17700 м.

Самолет поступал на вооружение и в роли истребителя-бомбардировщика. Для преодоления зоны ПВО противника требовалось осуществлять прорыв, используя полет на малой высоте, требующий большого расхода топлива. Поэтому пространство под топливо для ускорителя также использовалось в качестве топливных баков для двигателя самолета. Подфюзеляжный киль заменил выступающую часть ускорителя из под самолета и позже был заменен тормозным гаком, предназначенным для аварийного торможения.

РЛС "Сирано" 1-бис работал в одноимпульсном режиме и был оптимизирован для перехвата, включая подсветку цели для ракет Матра R511, оснащенную полуактивную радиолокационную головку самонаведение (semi-active radar homing - SARH). Также было возможно использование ракеты Норд 5103 (позже AA20) - первой операционный ракеты класса "воздух-воздух" (ААМ - air-to-air missile) Европы, управляемой с помощью радиокоманд, и американской ближнего воздушного боя "Сайдуиндер" AIM-9B с тепловой головкой самонаведения (ТГСН).

Первоначально самолет имел три пилона под вооружение под центропланом - один под фюзеляжем и два под средней частью крыла, по 500 кг нагрузки на каждый. Для ведения воздушного боя самолет обычно нес одну ракету R.511 на центральной точке подвески и два подвесных бака емкостью 500 л каждый. При полетах на небольшие расстояния вместо баков подвешивались ракеты "Сайдуиндер". Позже ракету R.511 заменила Матра R.530 с дальностью 18 км, оборудованная полуактивной или инфракрасной головкой. Обычно вместе с "Сайдуиндерами" самолет нес ракеты R.530E, с ИР-головкой, а не с полуактивной ГСН.

Для наземных атак использовалась 454-килограммовая бомба, которая могла подвешиваться под любым пилоном, на месте баков с топливом устанавливались НУРСы JL100. Впоследствии для "Сайдуиндера" установили пилоны, которые размещались с внешней стороны крыльевых пилонов. Для тренировочных полетов и перелетов использовались подвесные баки RP62 (Reservoir Pendulaire) на 1200 литров каждый, подвешиваемые под крылом.

Пилот "Миража" имел в кабине обзорный экран РЛС "Сирано" II, позволявший использовать ракеты Матра R.511 и R.530. Также система радиолокационного самонаведения, расположенная под фюзеляжем обеспечивала работу двух пушек.

"Мираж" IIIC в одинаковой степени мог выполнять функции всепогодного перехватчика или ударного самолета для атак наземных целей. Для этого на машину устанавливали различные виды вооружения. На первых серийных самолетах стояли один подфюзеляжный пилон и два подкрыльевых, затем на всех машинах добавили еще два внешних подкрыльевых пилона для управляемых ракет класса "воздух-воздух" малого радиуса действия. Система управления огнем "Сирано" предназначалась для наведения ракет класса "воздух-воздух" Матра R.511 с полуактивной радиолокационной головкой самонаведения или выполняла роль дальномера для ракет AIM-9 "Сайдуиндер" с инфракрасной системой наведения.

Типичное вооружение самолета для выполнения перехвата состояло из ракеты Матра R.511, подвешиваемой под фюзеляжем, и двух УР "Сайдуиндер" - под крылом. Для нанесения ударов по наземным целям под крылом на пилонах можно подвесить две 453-кг бомбы или два контейнера с неуправляемыми ракетами JL-50, вмещающих до 36 НУР калибра 37 мм, или два контейнера JL-100, вмещающих по 16 НУР калибра 37 мм и 600 л топлива, или два контейнера JL-200, вмещающих по 36 НУР и 900 л топлива. Для поражения точечных целей под фюзеляжем можно было подвесить УР класса "воздух-земля" AS.20, а под крыло два сбрасываемых бака емкостью 622 л. В перегоночном варианте под крылом подвешивались два топливных бака емкостью по 1300 или 1700 л, нормальный внутренний запас топлива на самолете составлял 2200 л.

Первыми начал получать "Мираж" IIIC 1-й операционный эскадрон в июле 1961 году. Самолет даже начали осваивать пилоты, налет которых был немногим более 300 часов. Больше всего волнений и неприятностей доставлял заход на посадку, при котором из-за особенностей аэродинамической схемы самолет заходил с большими углами атаки. В конце глиссады на скоростях менее 445 км/ч исправление низкого захода на посадку производилось только путем увеличения тяги до довольно большой величины, т. к. "опускание" носа самолета не приводило к существенному увеличению скорости. В точке начала выравнивания скорость должна была быть 340 км/ч, а посадочная скорость составляла 290 км/ч (естественно все эти скорости были даны с запасом).

Затем получили "Миражи" 2-я и 13-я истребительные эскадры, расположенные в Дижоне и Кольмаре. Позже они передали самолеты в 5-ое и 10-ое авиационные крылья, с местом базирования в Цитрусе и Крейле. К 1975 году некоторые самолеты получили серо-голубой камуфляж (до этого они не окрашивались).

Когда эскадроны были отправлены на защиту Джибути, в 1979 году, то самолеты получили пустынную окраску, состоявшую из песочно-каштанового цветов. К августу 1984 года, последний из этих 11 самолетов получил обновление в виде новых КВ/УКВ радиостанции, систему кондиционирования воздуха и возможность использования ракеты Матра Р550 "Маджик" с дальностью полета 10 км, которая располагалась на месте "Сайдуиндеров". Последний полет "Мираж" ШС состоялся в Джибути 12 августа 1988 года.

На пике своей карьеры "Мираж" IIIC состоял на вооружении двух истребительных крыльев (четыре эскадрона).

Для возможности работы по наземным целям, в течение 1980-ых, вместо пары подкрыльных пилонов, которые раньше несли "Сайдуиндеры" предусмотрели возможность подвески Матра "Маджик". В этой роли до 12 августа 1988 года самолеты обеспечивали ПВО Джибути - Западная Африка.

На экспорт в дальнейшем было поставлено 89 самолетов, включая 72 IIICJ поставленных Израилю между июлем 1961 и июлем 1964 года. Девятнадцать самолетов из этой партии позже были проданы Аргентине в 1982 году, Южная Африка получила 16 "Миражей" IIICZ для применения в качестве ударного маловысотного самолета, вооруженного ракетами "воздух-земля" AS.20 с радиокомандной системой наведения.

Еще один самолет был передан Швейцарии в декабре 1962 года для испытаний вооружения.

В 1985 году налет всех самолетов "Мираж" IIIC французских ВВС превысил 200000 ч. С 1985 года самолеты "Мираж" IIIC ВВС Франции начали заменяться самолетами "Мираж" F-1C.

Опытный самолет "Мираж" IIIC2 был создан путем удлинения фюзеляжа "Миража" IIIЕ №-406 для испытаний двигателя Атар 09K6. Первый полет самолет совершил 10 мая 1965 года. Первоначально на "Мираже" IIIC2 №-01 не устанавливался доплеровский измеритель скорости (ДИС), установленный на "Мираже" IIIЕ, но на завершающей стадии испытаний с применением вооружения его установили. Практически самолет стал прототипом "Миража" 50. Первоначальной задачей при создании "Миража" IIIC2 являлось улучшение высотных характеристик, но позже предпочтение было отдано улучшению взлетно-посадочных характеристик.

В 1964 году Дассо предложило правительству Великобритании, установить на "Мираж" IIIC двигатель Роллс-Ройс, назвав новую модификацию перехватчика с английским двигателем "Миражом" IIIК и заменив им стоявшие на вооружение Хаукер "Хантеры".

Предполагалась установка двигателя Авон RB.146, или нового турбовентиляторного RB.168-25R (Мк.202/203) "Спей», разрабатываемые для английской модификации F-4 "Фантом".

С сухим весом в 1857 кг "Спей" был тяжелее, СНЕКМА Авон или Пратт-Уитни TF106/306, но был меньше в диаметре и короче. Но максимальная бесфорсажная тяга "Спея" составляла 54.5 кН, и было возможно дальнейшее увеличение тяги двигателя и повышении ее при работе на форсаже до 111.2 кН.

С двигателем "Спей" "Мираж" IIIК, должен был не уступать опытному "Миражу" IIIT с двигателем TF-104/106. Но самолет так из стадии проекта и не вышел, т.к. было отдано предпочтение разработке СВВП Хаукер Р.1154, позже превратившимся в "Харриер" Р.1127.