P-51B的缺点之一是只有4挺机枪，火力不足，除此之外，供弹带弯曲角度过大，时常因供弹不畅引发卡壳。北美航空利用生产新型野马的机会来解决这一问题，彻底重新设计了机枪的安装，每侧机翼安装了3挺MG53-212.7mm机枪，机枪水平放置，供弹带得以平顺伸展。内侧机枪每挺带弹400发，其余270发。当然使用者也可以拆除一挺机枪改为每侧机翼两挺机枪的配置，这样每挺机枪佩弹400发，实际上确实有一些飞行员选择了这一配置。P-51D的另一项外观改动就是增加了翼根的弦长，机翼前缘的折线更加醒目，而P-51B的折线几乎难以分辨。主起落架经过加强以适应增加的重量，机轮保持了27寸直径，轮舱和舱门也经过修改。
不要以为所有的P-51D都有气泡座舱盖，在P-51D-5-NA下线（公司型号NA-109），之前，已生产出4架B型座舱盖的P-51D-1-NA。
P-51B上由于后机身油箱导致的方向稳定性问题在P-51D上更加严重了，这是因为削平了机背，损失了一些等效的垂直安定面。为了增强方向稳定性，从P-51D第10批次起在垂尾前增加了背鳍。一些较早的P-51D以及P-51B后来也改装了这个背鳍。背鳍增加的重量和阻力非常小，但在改善方向稳定性方面助益良多，尤其后机身油箱全满时。
甚至在朝鲜战争结束以及1957年最后一架野马从ANG退役后，野马的传奇还未结束。许多野马根据对外军援计划被送往国外，在许多国家中一直保持着一线装备的地位直到1970年代。另外还有数以百计的剩余野马被卖到民间市场，其中多数用于无限制圆周竞赛，至今仍有改装野马在参赛。在看到退役野马的市场价值后，骑士（Cavalier）飞机公司从北美手中购买了野马的设计修改权，尝试在
