A estas alturas, todos los pilotos que habían probado el Mustang Mk I inglés o el A-36 Invader americano sabían que la principal limitación del avión estribaba en las pobres características de su motor a gran altura. El Mustang era hasta entonces una célula soberbiamente diseñada equipada con un motor mediocre.

A mediados de 1942, Ron Harker, piloto de pruebas de la Rolls-Royce, fue una de las personas que adivinó el potencial del avión con una nueva planta motriz. Después de probar el Mustang, recomendó por escrito el Merlin 61. También el comandante Tommy Hitchcock, entonces agregado aéreo norteamericano en Londres, empezó a presionar para que se realizaran las modificaciones pertinentes sobre algún ejemplar de las series inglesas para montar el Rolls-Royce Merlin. En la primavera de 1942 se entregaron cuatro Mustangs a la factoria de Hucknall de la Rolls-Royce para realizar los trabajos de adaptación. Se amplió el radiador, la entrada de aire para el carburador que había sobre el morro del avión desapareció y reapareció debajo del morro algo más grande, y se cambió la hélice tripala anterior por una Rotol cuatripala que aprovecharía mejor la superior potencia de la nueva planta motriz. Se modificó un ejemplar de Mustang Mk I (NA 83) instalando el Merlin 61 y tres ejemplares más con el Merlin 65. Las pruebas fueron impresionantes. Las limitaciones a partir de los 4000 metros se esfumaron. Se alcanzó la velocidad de 695 Km/h a 6700 metros, con el sobrecompresor a máxima potencia. La velocidad ascensional mejoró notablemente y el Mustang pasó de ser un avión suave y preciso a convertirse en un caza temperamental y con unas prestaciones al máximo nivel. El piloto debía ahora concentrarse en el pilotaje para sacar el máximo partido a su montura, que era mucho. No todo fueron mejoras, y se perdió algo en estabilidad direccional. El nuevo caza era más difícil de pilotar para los noveles, pero en cuanto se le conocía, el rendimiento era extraordinario. Los resultados de las pruebas se entregaron inmediatamente a la USAF y a la NAA.

Rolls Royce Merlin

La misma idea se había tenido en EEUU, y los trabajos para adaptar el Mustang a la versión del Merlin fabricada bajo licencia por Packard también se habían iniciado. Packard había comprado en 1940 la licencia de fabricación del Rolls-Royce Merlin a los ingleses y lo iba a producir bajo la denominación V-1650-1. NAA instaló un Packard V-1650-3 en dos P-51A (series 41-37352 y 41-37421) y remató también el trabajo con una hélice cuatripala Hamilton Standard. El primer vuelo de la modificación americana del caza se realizó el 30 de noviembre de 1942, con el piloto de pruebas Bob Chilton a los mandos. Se volvió a constatar la mejora en todos los parámetros de vuelo, pero Chilton se vio obligado a aterrizar a los 45 minutos por un sobrecalentamiento del motor. Fue necesario modificar el radiador, por lo que no se volvieron a hacer pruebas hasta diciembre. La velocidad finalmente medida fue de 700 Km/h a 9000 metros. El verdadero Mustang había enseñado los dientes. El ejército americano se rindió a la evidencia y encargó su producción masiva. Para atender esta demanda, Kindelberger ordenó la construcción de una nueva factoría en Dallas (Texas). Los nuevos Mustang con motor Packard Merlin producidos en Inglewood pasarían a denominarse P-51B, y los construidos en Dallas, P-51C, pero ambos modelos serían idénticos: motor Packard V-1650-3 y cuatro ametralladoras de 12,7 mm en las alas.

Packard V-1650-1