P-51D战斗机，是美国为了更彻底地解决P-51B/C的座舱视野问题，北美公司将一架P-51B飞机按照“喷火”的座舱盖安装了气泡形全向视野座舱盖，型号也改为XP-51D。在证明了这种方案的可行性后，在生产线上的两架生产型P-51B-10-NA也安装了气泡座舱盖，型号改为P-51D，这些飞机成为着名的P-51D系列原型机。

P-51战斗机三视图

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，重新设计了机枪的安装，每侧机翼安装了3挺MG53-2 12.7毫米机枪，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。

外形优美的具有气泡座舱盖的P-51D/K是“野马”家族中最着名的型号，也是生产数量最多、使用最广泛的型号，共生产9602架。其中位于英格伍德的工厂生产了6502架P-51D，位于达拉斯的工厂生产了1600架P-51D和1500架P-51K。部署在中缅印战区的P-51D通常在后机身安装有定向环形天线。达拉斯生产的1500架P-51K安装了直径3.35米的航空产品（Aeroproducts）公司的螺旋桨，而不是D型的直径3.40米汉密尔顿标準螺旋桨。