Ключевую роль в обеспечении высоких характеристик «Мерлина» на всех высотах играл двухскоростной двухступенчатый нагнетатель, который обеспечивал постоянное давление у земли. В результате «Мерлин» развивал на высоте 7920 м мощность большую, чем мотор Аллисон при взлёте! Основная проблема такой системы заключалась в охлаждении топливовоздушной смеси, нагревавшейся при сжатии в турбонагнетателе перед её впрыском в цилиндры. Снижение температуры смеси приводит к увеличению её плотности и, соответственно, увеличению мощности двигателя. Охлаждение смеси осуществлялось в специальном канале между первой и второй ступенями нагнетателя и промежуточном теплообменнике на выходе из него.
«Воссоединение» мощного и надежного «Мерлина» с аэродинамически совершенным планером «Мустанга» состоялось летом 1942 года. По обе стороны Атлантики, независимо друг от друга, начались исследования многообещающей связки «Мерлин»/»Мустанг». В Великобритании «Мустанг» I с серийным номером AL 975 был оснащён мотором «Мерлин» 65. Пришлось полностью переделать мотораму, а также панели капота, поскольку новый мотор имел несколько большие габариты. Воздухозаборник карбюратора сверху носовой части был ликвидирован, его заменили на другой, большего размера, располагавшийся уже снизу носовой части. Кроме того, на самолёт установили четырёхлопастный винт от «Спитфайра». Эта машина получила обозначение «Мустанг» X. В конечном итоге, подобным образом переделали пять «Мустангов» I. Первый полёт «Мустанга» X состоялся 13 октября 1942 года. Взлет прошел гладко, но на скорости 605 км/ч отлетел капот, и пилоту пришлось срочно пойти на посадку. В тот же день «Мустанг» X показал максимальную скорость 627 км/ч. В шестом испытательном полёте, 19 октября, выяснилось, что после установки нового карбюратора Бендикс можно отказаться от промежуточного охлаждения топливовоздушной смеси, что позволило уменьшить площадь «совка» воздухозаборника под носовой частью, придав самолёту более обтекаемую форму. Для комбинации «Мустнг» «Мерлин» разработали новый воздушный винт диаметром 3,45 м. Благодаря этим доработкам максимальная скорость «Мустанга» X составили 695 км ч на высоте 6700 м. В то же время в США Норт Американ вела аналогичную программу. Мотор Паккард V-1650-3. лицензионный вариант «Мерлина», был установлен на Р-51 с серийным номером 41-37352 — одном из двух самолётов, специально снятых со сборочной линии для этих целей. Как и у англичан, были изготовлены новые моторама и капот, чтобы разместить более крупный «Мерлин». Кроме того, самолёт оснастили четырёхлопастным винтом Гамильтон Стандарт с «манжетами». Последние были разработаны ещё в 1940 году и позволяли существенно увеличить КПД винта. Для установки мотора «Мерлин» на «Мустанг» потребовалось 223 000 человеко-часов. По сравнению с 78 000 часов, затраченными на создание NA-73X.