這些問題直到1944年初開始登場的J-25等型号後才獲得解決。 尽管P-38在北非战场得到了“叉尾妖怪”这样一个令人嫉妒的外号，P-38在德国上空却不那么成功。 在西北歐的高空执行任务时，它出現幾項技術問題，首先：它的駕駛艙因供熱不足而影響任務執行的環境，讓飛行員遭受凍傷。 其次，它的性能表現也不如Fw 190和Bf 109，這是因为它的发动机会在高度高于20000英尺时出现故障，其原因被归结为火星塞和冷卻性能不足導致出力下降的技術性问题。
該機起落架的輪距適中，在整備不良的地面降落時較以往的同級戰鬥機來得穩定，在地面滑行時具備一定程度安定性的同時亦有理想的操控性，所以獲得必須經常在戰地機場上起降的前線飛行員們好評。 P-51適應戰局變遷而不斷改進的同時亦衍生了多種問題，最後大部分的改進項目都在最終生產型的P-51H上達成。 即使該型號沒有實際戰果，作為航空器而言仍具備了同時期戰機中罕見的高成熟度，驗證了本系列在佈局上高度的先進性與週全性。 ），是美國陸軍航空軍在二次世界大戰期間最有名的戰鬥機之一，也是美國海陸兩軍所使用的單引擎戰鬥機當中航程最長，對於歐洲與太平洋戰區戰略轟炸護航最重要的機種，並且一直使用到韓戰為止。 P-38在6000公尺高空飛行時，速度可達每小時643公里，是當時飛行速度最快的飛機之一，轉場航程則達3600公里，是第一款能飛越大西洋的戰鬥機，機頭上裝備了4挺12.7mm機槍和1挺20mm機炮，火力相當猛烈。
隨戰局演進該機亦改進了副翼與升降舵等控制面，使低速到高速都有良好且均質的操控品質。 北美公司對前線使用者的這一切回應使P-51系列進化到最終擁有絕佳的飛行性能。 冷卻器安裝在機腹，依據當時最先進的氣動外型理論，進氣口隨發動機的換裝歷經了數次改變，以抗破片蒙皮包覆的冷卻器外罩曲線則順勢由機翼下方向後過渡延伸至機尾。 1942年至1943年间，又有两架P-38K被建造出来。
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盟军的空军已经清除了在欧洲和太平洋天空上的德国和日本飞机，正在取得完全的空中优势。 这都是由于双引擎的洛克希德P-38闪电和单引擎的共和国P-47霹雳。 在太平洋战场上，P-38一直是最受欢迎的战斗机，直到战争结束，甚至超过了即将出名的野马。 至1945年，P-51D開始配備給第十四航空隊後，其配備的B／C型轉移給中美空軍混合團使用。 隨著日軍本土轟炸遽增，中國戰場物資運輸逐漸穩定後，中美空軍的野馬機群開始有餘裕主動出擊，對駐湘北和武漢以至遠至台灣的日軍作出空襲，護送轟炸機轟炸日軍目標後，野馬都會在低空以機槍掃射漏網的日軍。 陸航偏好大航程的要求來自於太平洋、加勒比海地區的美國島嶼地盤，這些分佈廣闊的島嶼需要航程較大的戰鬥機來保護，憑藉雙機身P-38的載油量遠高於單發戰鬥機。
諾曼底登陸前，P-38是德軍飛行員公認的最難對付的戰機之一。 在太平洋戰場上，日軍飛行員對它又恨又怕，叫它“雙身惡魔”。 1942年8月9日，第11军第343战斗机大队的两架P-38E在执行一次单向航程为1000英里（1600千米）的长距离巡逻任务中，与两架日本海军的九七式水上飞机相遇并将其击落。
早期的P-38不能適度地控制驾驶舱内的温度，当在热带飞行时，机舱内会很热，而机舱盖不能随便打开，否则將讓飞机会开始剧烈振动；在北欧上空飞行时，机舱内溫度則快速下降，因为发动机与駕駛艙的距离太远，它们的废气无法在如此远的距离上提供足够的热量。 后来的P-38藉由改善供熱導短管，引入部份發動機廢氣改善艙內溫度，而解决了这个问题。 关于P-38的另一件問題是，它的两具发动机都是不可或缺的：如果起飞时一具发动机出了故障，另一具发动机就会使飞机往運作中的發動機一方滾轉。
P-38L在1944年6月进入美国陆航服役，及时地为盟军诺曼底登陆提供了支援。 洛克希德生产的飞机，它们的批号后面都会加上一个“LO”，比如说“P-38L-1-LO”。 康维尔公司生产的飞机，它们的编号后面都会加上一个“VN”，比如说“P-38L-5-VN”。 一共有100多架P-38E在工厂裡或在生产完后被改装成了侦察机型，即F-4。 绝大多数早期的P-38侦察机都只被用于训练，但是在1942年4月，F-4成为了第一种用于实战的P-38。 在210架P-38E建造完成后，人们在1942年4月开始建造P-38F，它的发动机底部具有沟槽，能够加挂副油箱或2000磅（900千克）炸弹。
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第一架是由一架P-38E加装了“哈密尔顿标准公司”船形螺旋桨，这种螺旋桨与P-47使用的相似。 新設計的發動機整流罩配合螺旋槳鼻錐罩的外形，同時第一架P-38K还修正並裝上後來为P-38J研制的新型中冷器（使其引擎整流罩外型與P-38J/L相同）。 这架飞机的良好性能让人们又接着建造了第二架P-38K，这是一架改装后的P-38G（改装后重命名为P-38K-1-LO）。 它使用了与第一架相同的螺旋桨，还配备了新型发动机，它的发动机比后来P-38L发动机的动力还要大100马力。 测试时发现它在战斗时能达到432英里／时的速度，在紧急戰鬥動力輸出下，速度更可以提升到450英里／时，而且它的爬升率，载重，实用升限和航程都有所增加。 但是，美国战时生产委员会没有许可P-38K的量产，因为那被認為需要至少两到三个星期以便改裝生產設備，因而中斷P-38的生产。
很长的航程使它很适合于参与在这个1200英里（2000千米）长的岛链上空进行的战役。 但阿留申群岛很不适合于测试新式战机的实战性能，由于恶劣天气和其他原因而坠毁的P-38的数量比被敌机击落的都多。 P-38M，在 P-38K/P-38F/P-38L基础上重新设计的双座夜战型。 由于两台发动机的缘故，XP-38可以将涡轮增压器毫不费力地“扛起来”而不影响整机外形的流畅。 而中央短舱内的武器平台由于失去了协调器的约束——20毫米机炮和12.7毫米机枪。
- 尽管如此，海军还是在北美使用了4架陆基F-5B，并重命名为FO-1。
- 有關「本機乃在單發戰鬥機中率先將氣密加壓座艙列為標準配備者」之說僅是誤傳，即使換裝梅林動力後使高空護航性能出類拔萃的中後期型號P-51，自始至終亦未曾搭載過該項設備。
- C型和B型的分別主要是製造廠商不同，B型是加州廠生產而C型是德州廠生產，僅有細節不同，性能完全相同。
- 第11联队P-38主要被分配为远程B-24解放者联合轰炸机的护卫，但也用于地面攻击和侦察任务。
- 各種方案試飛後所紀錄的各項數據和表現，例如凱利強生在2414號報告中提到，…劇烈的震動現象並未改善，無論在哪一種方案下，俯衝時的傾向也和過去相同。
- 一共有100多架P-38E在工厂裡或在生产完后被改装成了侦察机型，即F-4。
- P-38L則是P-38系列中生产数量最多的，一共有3923架P-38L被建造出来，其中113架是由康维尔公司在它位于田纳西州纳什维尔的工厂建造出来的。
在中途岛海战之后，美国陆航开始派遣战机进入英国参加波利露计划。 8月14日，一架P-38F和一架P-40在冰岛外围执行任务时击落了一架Fw 200。 尽管P-38的运动性和滚转率并不如零式和其他许多日本战机，它的高速和优异的爬升率提供美国飞行员两种战术选择：交战和脱离，而且它机头的密集火力对于防护能力较弱的日本战机来说深具毁灭性。 P-38可说是让在南太平洋作战的日本飞行员们又爱又恨，而得到另一个相近的外号＂双胴恶魔＂。 洛克希德公司在1937年开始开发P-38闪电战斗机，作为该公司首次进军军用飞机市场，当时美国军方正在对其空军进行现代化，以应对欧洲的发展。 尽管美国陆军对洛克希德公司承诺的时速超过400英里的飞机持怀疑态度，但双引擎战斗机的设计在1937年年中获得批准，并于1939年1月进行了首飞。
之後改裝搭配有二級二速的機械增壓器的英國梅林發動機使其高空性能突飛猛進，北美公司亦針對新發動機帶來的問題逐一修改，因此成就其罕見的歷史評價。 1941年，P-38于英格兰首次出击，但没有遭遇敌机。 1943年7月，有极少量的P-38 参加了苏联空军。
- 8月14日，一架P-38F和一架P-40在冰岛外围执行任务时击落了一架Fw 200。
- 1937年6月23日陸軍採納了洛克希德公司的設計，1939年1月XP-38原型機交付使用，1月27日首飛成功，但是在2月11日加利福尼亞到紐約橫貫大陸的創紀錄飛行中墜毀，這時已經快抵達終點了。
- 余下的140架闪电I被送返給美国陆航，而它们的螺旋桨被修正回原本的反向旋转設計，但是这些闪电I仍然没有涡轮增压系统。
- 发动机经常出现故障的原因被归结为火花塞和其他一些部分出了问题，它们不能使用欧洲经常掺杂雨水的燃油。
- 它有许多种武器布局，其中4挺12.7毫米机抢（每挺备弹500发）与一挺伊斯帕諾-西扎20毫米机炮（备弹150发）成为了标准武裝。
- 一架P-38领航机会领导着一群挂载着900千克（2000磅）炸弹的P-38，一旦领航机开始投弹，编队中的所有飞机都会跟进投弹。
- 於此同時，美國陸軍航空隊也緊急改裝一架第370戰鬥機大隊的P-38戰機，賦予她投放魚雷的能力，在挪威外海成功擊沉齊柏林伯爵號，報了一箭之仇。
但稍後完成的北美XP-78方案則以不同的處理方式將後冷器後移整合至機腹的冷卻器組內，使機鼻僅剩下方的化油器進氣口而令曲線更加順暢，複雜化的機腹結構高度則相應的較為膨脹。 機腹進氣口繼承了A-36與P-51A的基本架構，但下移了兩英吋以避開貼附機翼下方的境界層渦流。 在展示了與英方同等級性能的同時，XP-78以更先進的細節處理、更好的引擎架設計和更利於維修的各處分件勝出，最終獲得英美雙方正式採用。 再經過多次緊鑼密鼓的細節修改後，P-51B正式登場，其優秀的性能足以和當時德國主力的Bf 109和Fw 190等傑出戰機對抗甚至佔優。 雖然在使用V 時期的P-51B/C型尚有諸多問題，對軸心國的一線級戰機並非全面性的優勢，但已展現各方面優秀的潛能、並為盟軍及時提供戰略需求上理想的護航機，而且設計上也已經為後續的機型奠下良好的基礎。 在试飞時YP-38的尾部出現严重的振颤（Flutter）问题。
早期野馬（NA-73/NA-83、NA-91、A-36A、P-51A）採用艾利森V-1710發動機。 由於本系列發動機僅具備一級一速機械增壓器，當飛行高度超過12000英呎之後，輸出功率快速下降使得高空性能不佳。 之後的野馬成功換裝了由英國勞斯萊斯公司授權美國派卡德公司生產的梅林發動機（V-1650），該發動機具備兩級兩速的機械增壓器，充分改善15000甚至20000英呎以上的功率輸出，這造就了後來著名的P-51B/C/D/K。 最終型號的P-51H其高性能的源頭依舊是源自於勞斯萊斯實驗型發動機RM.14.SM發展而來的V 。
在高速飞行達到0.68馬赫，尤其是俯冲時，YP-38的尾部会开始剧烈振动並且導致機頭沉重而有下垂傾向。 在这個動作下它會發生壓縮效應及失速而導致控制面鎖死，飞行员只能跳伞逃生，或等飛機降低到大氣密度較高的低空時再試圖挽救。 在1940年11月4日的一次飞行中，一架YP-38的尾部在俯冲时突然解体，飞行员Ralph Virden牺牲。 在另一次事故中，美军陆航上校Signa Gilkey在失去控制后没有跳伞，他在飞机的高度降低后利用升降舵配平片又重新获得了控制。 1940年代美國航空學界對振顫問題的觀點是認為機體尾部操縱面的剛性不足，然而P-38的尾部已經改採用鋁製蒙皮（而非原型機使用的布料舵面），剛性比較高，因此應該能降低發生振顫的機會。
義大利：在二战中，一个盟军飞行员意外地将他的P-38降落在了一个義大利基地，于是義大利人缴获了这架完好无损的P-38。 这架飞机被用于对付盟军飞机，但是备用零件的缺乏使它很快便无法再作战。 P-38L則是P-38系列中生产数量最多的，一共有3923架P-38L被建造出来，其中113架是由康维尔公司在它位于田纳西州纳什维尔的工厂建造出来的。
我们很难说服别人说問題不是出自於P-38的滑稽外形，而只是一个基本的物理问题。 我们知道当P-38的尾部脱落时會发生什么事，在整个二战期间我们都在尝试着将它的速度提高15节（28公里／时）。 但壓縮問題有很长时间對我們來說如同一堵高牆，之后我们就学会了怎样解决它。 ”抖振（Buffeting）是另外一項在P-38早期發展階段出現的空氣動力問題，很難從壓縮性問題之間被區別的原因，是由於兩者發生的現象都在報告中以「尾部震動」來形容。
本機在後世評價上被認為是二戰主力戰鬥機中綜合性能最出色的機種。 有別於美軍當時的戰鬥機無論是液冷或氣冷發動機都傾向採用渦輪增壓器以強化高空性能的方針，P-51由於非美軍內定機種，設計初期無法取得渦輪增壓器配額；因此北美公司採用與P-40相同、僅搭配一級增壓器的國產艾利森液冷發動機作為動力來源。 但相較於P-40，該機以更為先進的進氣配置與總體佈局使冷卻和空氣動力效率大為提高，並納入層流翼設計進一步強化高速性能。
洛克希德还曾经考虑为美国海军研制一种舰载型P-38，名为“822型”。 美国海军对这个主意并不感兴趣，海军的人认为P-38太大，而且他们不喜欢它的液冷式发动机，因此822型只停留在了设计阶段。 尽管如此，海军还是在北美使用了4架陆基F-5B，并重命名为FO-1。 为了遵守1944年美国陆航的交戰策略，后期的P-38在出厂时都没有塗裝。 但也還是有些飞行员们试着给它们喷漆，因为他们不想让自己的飞机在敌人面前太显眼。 F-5（侦察机型P-38）被航空照相公司买走，用于拍摄照片以制作地图。
二战期间美国头号和二号王牌Richard Bong（战绩40架）、Thomas McGuire（战绩38架）驾驶的机型都是P-38。 此外，由P-38所改裝的偵察型F-4與F-5系列更成為美軍在二次大戰期間最重要的戰略偵查機，提供了戰略轟炸所需要的目標資訊和地圖，因而為盟軍的勝利提供了至關重要的貢獻。 在負面評價部份，P-38及其改型的靈活性依然稍弱於当时一流的单引擎战机，早期型号的座舱内供暖不足，使飞行员执行高空轰炸机远程护航任务中经常被冻得失去知觉。
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