В начале 1943 года между представителями Великобритании и North American Aviation велись переговоры о необходимости создания следующего поколения Mustang. Конструкция первого прототипа NA-73 была выполнена с большим запасом прочности с рассчетом на гораздо более высокие коэффициенты перегрузки, чем того требовала British Air Purchasing Commission. В результате этого многие узлы Mustang весили гораздо больше, чем на Spitfire. Соответственно снизив вес конструкции, можно было достичь более высоких характеристик самолета при том же двигателе. Эдгар Шмуед, посетив заводы Supermarine в Великобритании и ознакомившись с захваченными истребителями Messerchmitt и Focke-Wulf, пришел к выводу о возможности снижения веса Mustang. В январе 1943 года North American Aviation предложила USAAF изготовить прототип специальной облегченной версии Mustang. Снижение веса достигалось облегчением конструкции самолета и упрощением ряда систем. Двигатель же оставался неизменным. Новая модель Mustang разрабатывалась с учетом оптимальных британских и американских требований к прочности, но главным образом с учетом требований British Air Publication 970.
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.
