Вторая мировая война поменяла свой характер – из «молниеносной» она перешла в затяжную. К тому же Германии пришлось вести бои сразу на нескольких театрах военных действий, что существенно ограничивало возможность маневра силами и концентрации соединений Люфтваффе. В то время как значительные силы авиации продолжали действовать над Англией и Ла-Маншем (хотя и не с таким размахом, как в предыдущие месяцы), с января 1941 г. германская авиация появляется над Средиземным морем и Балканами. В феврале Bf 109 дебютируют над Мальтой, а с 6 апреля действуют над Грецией и Югославией. Здесь немецким «сто девятым» довелось столкнуться в бою с однотипными самолетами – югославские ВВС получили из Германии порядка 70 таких машин. Но ни ВВС Югославии, ни греческая авиация, усиленная несколькими британскими эскадрильями, не смогли оказать достойного сопротивления Люфтваффе. Сосредоточив в Восточном Средиземноморье 8-й авиакорпус, в состав которого, помимо других частей, входили три группы Bf 109Е (II, III/JG 77 и l(J)/LG 2 – в общей сложности около 120 самолетов), германское командование успешно осуществило операцию «Меркурий», целью которой был захват Крита. «Мессершмитты» успешно действовали не только как чистые истребители, но и в качестве истребителей-бомбардировщиков, нанося удары по британским кораблям. С середины апреля 1941 г. в Ливии воевала группа J/JG 27, вооруженная приспособленными для действий в Северной Африке путем установки противопыльных фильтров самолетами Bf 109E-4/trop и Bf 109E-7/trop.
Основную тяжесть боев в 1940-м и первой половине 1941 г. вынесли самолеты Bf 109Е. Но в конце 1940 г. начались поставки нового варианта Bf 109F, при создании которого основное внимание обратили на совершенствование аэродинамики. Существенной доработке подвергся капот двигателя, утративший свою угловатость, хвостовое колесо стало полуубираемым, стабилизатор из подкосного сделали свободнонесущим. Крыло сохранило свой профиль, но была существенно переработана его механизация. Как обычно, выпуск новой модификации начался с предсерийной партии Bf 109F-0. Эти машины получили двигатель DB 601N, мотор-пушку MGFF/M и пару синхронных пулеметов MG 17. В сравнительных испытаниях с оборудованным таким же двигателем самолетом Bf 109E-4/N новый истребитель показал себя превосходно – время полного виража сократилось с 25 до 18 секунд, начальная скороподъемность возросла с 17,4 до 19 м/с.
Дальше пошли в серию следующие модификации. Машины Bf 109F-1 незначительно отличались от предсерийных. С августа 1940 г. по февраль 1941 г. построили 208 таких самолетов. А вот на Bf 109F-2 в развале цилиндров двигателя установили новый 15-мм пулемет MG 151 (боекомплект – 200 патронов), отличавшийся высокой скорострельностью. Эта модификация строилась массово: в октябре 1940 г. – августе 1941 г. выпустили 1380 Bf 109F-2. Но двигатель DB 601N для «Фридриха» (так именовались в войсках самолеты Bf 109F) считался временным. В окончательной конфигурации самолет должен был получить мотор DB 601Е, отличавшийся повышенной мощностью (1350 л.с.) и, что было не менее важно, работавший не на 100-октановом, а на гораздо менее дефицитном – 87-октановом бензине. Первоначально с таким двигателем собрали полтора десятка Bf 109F-3, соответствовавших по вооружению модификации Bf 109F-1. А с мая 1941 г. начались поставки Bf 109F-4, вооруженных 20-мм мотор-пушкой MG 151/20 (боекомплект 200 снарядов). В течение года был изготовлен 1841 такой истребитель, включая 240 машин Bf 109F-4/R1 с дополнительной парой пушек MG 151/20 в подкрыльевых гондолах, 576 «африканских» Bf 109F-4/trop и некоторое количество высотных Bf 109F-4/Z с системой форсирования двигателя GM 1. В небольшом количестве строились разведывательные модификации Bf 109F-5 и Bf 109F-6.