P-61A是“黑寡妇”的第一种生产型，1943年10月第一架P-61A-1-NO下线。该机增加了座舱盖和透明尾椎的隔框数量。此外原型机上的镁铝合金焊接制造的尾撑也被更传统的铝合金尾撑取代。与XP-61和YP-61的全机黑色涂装不同，P-61A涂上了陆航的标准橄榄绿。
首批45架P-61A-1-NO中只有前37架在出厂时安装了机背炮塔。因它引起了机尾抖振，在后来的飞机上被去掉了。但在抖振问题解决后，在其余的飞机（P-61B-15 到 P-61B-20）又装上了。
P-61A-1-NO 42-5496被提供给皇家空军测试，1944年3月21日~1945年2月22日进行了试飞。
P-61A-5-NO批次改进了发动机，使用2250马力的R-2800-65发动机，性能有所提升。
P-61A-10-NO批次换装了带喷水加力的R-2800-65，并改用日后成为“黑寡妇”标志的全机黑色亮光涂装，之前生产的P-61A保留了橄榄绿涂装。该批次总产量120架，其中20架在交付前在外翼段下方增加了一对挂架，既可挂载两个1003升副油箱（后期改为1174升副油箱），也可挂载两枚726千克炸弹，批次号也改为P-61A-11-NO。 第二种生产型，与P-61A在外观上区别不大，引入了改进型SCR-720C AI雷达，机鼻加长了20.32厘米。
P-61B改用分裂式主起落架舱门，主起落架完全放下后，新舱门的后3/4部分可以再合上，防止机轮甩出的泥浆、石子、碎片溅入轮舱。同时主起落架引入了紧急释放锁定机构，在液压系统发生故障时飞行员可以紧急放下起落架。此外主起落架液压阀门上还增加了安全锁，消除了在地面因飞行员误操作而引发的起落架意外收回隐患。
P-61B的雷达罩后方增加一个检修舱门，这是与A型之间的明显外部区别。
P-61B增加了座舱加热系统的功率，发动机罩下方通风片、滑油散热器排气挡片、中冷器排气门改为自动操作。滑油箱从外翼段移到发动机舱内，起落架支柱增加了滑行灯，去掉了副翼调整片，增加了内置式灭火系统。
P-61B增加了双目夜视望远镜，这套设备由一个5.8倍率的夜视镜和一个光学瞄准具组成。
P-61B-5-NO批次使用APN-1低空高度表取代了SCR-718无线电高度表。
P-61B-10-NO批次增加了APS-13尾部告警系统。一些P-61A和早期批次的P-61B在外场也加装了APN-1和APS-13系统。B-10批次还引入了可挂载4个977升可抛副油箱或726千克炸弹的翼下挂架。
P-61B-15-NO批次重新引入了机背炮塔（通用电气A-4炮塔），很大程度上解决了早期炮塔的抖振问题。
P-61B-20-NO批次换装A-7炮塔，并改进了火控系统。
“黑寡妇”只在追击敌机时才使用机载雷达来绘制跟踪航线。接近目标后，飞行员用夜视望远镜搜索到目标并通过瞄准具向目标射击。
实用化的雷达火控技术在多年后才出现，但“黑寡妇”对机载自动火控系统进行了一些尝试，7架P-61B-25-NO批次试验机安装了与通用电气遥控炮塔联动的西电APG-1机枪火控雷达。雷达数据输入一台模拟计算机，解算出诸元后指挥炮塔射击。随后一架P-61B-15-NO和首批6架P-61B-20-NO也加装了该设备，这些飞机在佛罗里达州埃尔金机场的陆航试验司令部和加州汉默机场的夜间战斗机训练基地进行了测试。但最后总因为技术不够成熟而没有在实战中使用。
1945年16架P-61B被改装成P-61G气象侦察机，拆除了所有武器。 1943年11月11日诺斯罗普被批准研制“黑寡妇”改进型——XP-61C。
最大的改进是换装了涡轮增压的R-2800-77涡轮增压发动机，紧急战斗功率2800马力。之前由于担心耗油率过高而影响续航时间，所以诺斯罗普的工程师决定不为“黑寡妇”安装涡轮增压器，
为了容纳涡轮增压器，每侧发动机舱下方增加了一个大鼓包。为了充分利用增加的发动机功率，该机换装了A·O·史密斯制造的宽弦螺旋桨，预计在9144米高度能飞到692千米的最大速度。
1945年初首架生产型P-61C-1-NO才下线。该机在9144米的确飞到了692千米/时的最大速度，实用升限增加到12497米，爬升至9144米耗时14.6分钟。
P-61C在机翼上下表面增加了多孔减速板，在截击时可防止飞行员冲过目标。为了增加载油量，P-61C的4个翼下挂架（内翼段两个，外翼段两个）可挂载4个1174升可抛副油箱。
1945年7月陆航接收了首架P-61C。1946年1月28日陆航接收了第41架也是最后一架P-61C-1-NO。根据诺斯罗普的档案，诺斯罗普至少报废了13架已经完工的P-61C，并且陆航取消了1945财年P-61C-5-NO和-10两个批次的400架P-61C订单。
P-61C大多被用于测试和研究用途，并且很快就被喷气式飞机取代。到1949年3月大多数P-61C被报废，仅有两架流入民间市场，两架进入博物馆。
P-61C-1-NO 43-8353保存在俄亥俄州代顿的莱特-帕特森空军基地博物馆，被涂成P-61B-1-NO 42-39468。 1944年11月首飞，安装的是R-2800-77发动机，紧急战斗功率2800马力。1945年秋两架XP-61D的试飞项目才结束，在9144米高度飞到了692千米/时的最大速度，爬升至9144米耗时13.5分钟，实用升限13106米，空重10571千克，总重13540千克，最大起飞重量18014千克。
随着太平洋战争的结束，XP-61D项目也随之终结。1945年9月11日和1946年4月这两架原型机先后报废。 “黑寡妇”的轰炸机护航型，保留了P-61B的R-2800-65发动机，彻底重新设计了中央机身，改为配备气泡式座舱盖的串列双座布局，取消了第三名乘员。此外机鼻雷达也被4挺12.7毫米机枪取代（每挺备弹300发），保留了机腹的4门20毫米机炮。中央机身内增加了额外的油箱，使内油容积增加到4384升。座舱后段左侧还配备登机梯。第一架原型机的气泡座舱盖是向左侧开的，第二架原型机座舱盖则改为向后滑动打开。第一架原型机的4挺机鼻机枪呈盒状排列，第二架则呈大致水平排列。
1945年4月第二架XP-61E 42-39557在大推力起飞测试中，试飞员过早收回起落架，导致飞机撞向跑道，折断了螺旋桨后机腹擦地滑行了一段距离。幸好飞行员毫发无伤，还能自行走出飞机，但飞机已彻底报废。
在对XP-61E进一步试飞后，发现该机的性能比夜战型“黑寡妇”有了明显提高，在5182米高度飞到了605千米/时的最大速度。但是XP-61E的性能并不足以超越同时期的最新战斗机。比如速度就比不过北美的XP-82“双野马”护航战斗机。后者在1945年4月15日首飞，在7650米高度飞到了776千米/时的最大速度。因此同样作为护航战斗机发展的XP-61E也就没有进一步研发的必要。 1945年夏仅存的一架XP-61E被改装成无武装照相侦察机，拆除了所有机枪机炮，装上了新机鼻，内部可安装多种航空照相机，编号也变更为XF-15（1948年之前“F”前缀表示照相侦察机，而不是战斗机）。该机于1945年7月3日首飞。陆航在1945年6月就订购了175架F-15A生产型，绰号“记者”。
P-61C-1-NO 42-8335也被改装为XF-15原型机，除了涡轮增压的R-2800-C发动机外与第一架XF-15完全一致。该机在1945年10月17日开始试飞。
生产型F-15A-1-NO“记者”的机鼻生产被分包给加州卡尔弗城的休斯工具公司。除了全新的具有气泡座舱盖的中央机身和安装了照相机的机鼻外，F-15A的其他方面基本等同于P-61C，不过取消了机翼减速板。飞行员在前座，后座是侦察操作员，负责控制照相机和导航。但F-15也为后座配备了一套基本飞行操纵系统，在需要时侦察操作员也能驾机飞行。事实上F-15的两名乘员都接受了飞行和侦察培训，而且会在每次飞行中轮换座位。
1946年9月陆航接收了首架生产型F-15A-1-NO，但F-15的生产合同在1947年被突然取消。由于新一代喷气式飞机的出现，该机的性能瞬间落后。在合同被取消时诺斯罗普只生产了36架F-15A，1947年4月陆航接收了最后一架F-15A 45-59335，该机是F-15A-5-NO批次，与F-15A-1-NO批次相比换装了新型照相机。 1944年年中海军获准装备“黑寡妇”。海军的“黑寡妇”将与洛克希德PV-1“文图拉”、沃特F4U“海盗”和格鲁曼F6F“地狱猫”夜战型一起装备海军陆战队的夜间战斗机中队。
但是在1944年7月10日海军改变了想法，把格鲁曼F7F“虎猫”列为主要夜间战斗机，取消了“黑寡妇”的采购。在F7F形成战斗力前，海军还是从陆航获得了12架P-61B-10/-15/-20用于夜间战斗机飞行员的培训。海军“黑寡妇”的编号为F2T-1，序列号52750~52761。但F2T-1直到1945年9月才服役，此时太平洋战争已经结束。
F2T-1只在岸基训练中队服役了很短时间，随后进入支援中队服役。1947年8月最后两架F2T-1从美国海军退役。 这样的重量要求和较低的翼载荷的要求，会大大限制单发飞机的性能，因此，第一种成功地用于夜间作战的战斗机是布莱汉姆公司的双发轰炸机的发展型。1939年7月首次飞行的布里斯托尔“英俊战士”(又译“美丽战士”)飞机，于1940年11月第一次用来对付德国人的飞机，并成为最重要的英国夜间战斗机。这种飞机装两台布里斯托尔“大力士”星型发动机，飞行员前方的视界良好，雷达员坐在后机身内。军械包括：4门从机头的低位前射的20毫米机炮和6挺7.62毫米机翼机枪。
美国陆军对诺斯罗普飞机公司1940年11月提出的一个夜间战斗机的设计发生了兴趣，而且，1941年1月11日订购了两架XP-61原型机。接着于同年3月10日又订购13架YP-61作战适用性试验机。在承制机载截击雷达的麻省理工学院建立了一个辐射实验室。
在诺斯罗普飞机公司的没计到投入使用所需的时间内，不得不让另一种美国飞机承担了夜间战斗机的任务。1940年，英国在接收道格拉斯“波士顿”强击轰炸机（A-20），它的良好的机动性能，意味着它可作为夜间战斗机使用。“波士顿”飞机的续航力和前三点起落架，使它立即成为比大多数飞机要安全些的夜间飞机，而且封闭了机头的座舱，并装上12挺7.62毫米机枪，以及增加排气吸收器和涂上了黑漆，它便成了“浩劫”夜间战斗机。
其他的“浩劫”飞机用作夜间“入侵者”，它们企图在敌机驻在机场上空伏击敌人的轰炸机。另外还有一种改型是1942年的“涡轮灯”（Turbinlite）飞机，36架“浩劫”飞机都装上一盏1，400安培的探照灯，它在“浩劫”飞机接近其机载截击雷达的最小距离后使用。一束锥角为30度的光，在1.61公里距离上，照亮宽137米的范围，从而使协同作战的普通战斗机能向目标射击。这盏大功率的灯泡装在直径为0.915米的装甲玻璃罩后面，并由炸弹舱内的重一吨的电瓶供电。
在英国空军取得经验后，当第一台试验型麻省理工学院的机载雷达在1941年9月准备安装时，陆军转向道格拉斯飞机公司就并不值得惊奇了。60架A-20型被计划作为高空强击轰炸机，但是涡轮增压发动机的交货延期了，而且低空作战看来已是轻型轰炸机的惯例。其中一架在机头装了雷达，在炸弹舱下的炮架上装了共带240发炮弹的4门20毫米机炮，于是便称为XP-70，装R-2600-7“旋风”发动机。
日本突然袭击时，“浩劫”飞机是唯一可用的夜间战斗机，于是，当附加的雷达可用时，剩下的59架A-20飞机于1942年4月至9月间作为P-70交付使用了。P-70飞机使用两台1，600马力R-2600-11“旋风”发动机，增加了内部防护装置。等待装备P-61飞机的夜间战斗机部队，在1943年依靠额外的“破坏者”飞机训练飞行员。这些飞机包括装6挺12.7毫米机头机枪的39架A-20C和65架A-20G，编号为P-70A；而105架装成夜间教练机的A-20G飞机，则编号为P-70B。
P-70飞机用于太平洋各战区，但不幸的是日本轰炸机往往从7，620米的高度进行攻击，而这个高度是这样改型的强击轰炸机难以达到的。在它们的飞行员焦急地等待P-61“黑寡妇”飞机的同时，地中海的其他陆军夜间战斗机部队，在整个1943年中，都使用英国的“美丽战士”VI飞机。
中央机舱有机头雷达、驾驶舱（驾驶舱内还有一个坐在飞行员后上方的雷达员）和末端的射击员舱。可伸缩的副翼使襟翼有可能延伸至机翼后线的全长，军械由装在机身下突出部分的共带600发炮弹的4门20毫米机炮和装在顶部遥控操纵炮塔内的共带1，600发子弹的4挺12.7毫米机枪组成。这4挺机枪象机炮一样通常由飞行员向前射击，但射击员也能开锁、瞄准，作为飞机上半球活动防卸武器。生产型P-61飞机，首批是45架P-61A-1，于1943年10月开始出现，这45架飞机与试验机一样装R-2800-10“黄蜂”发动机，而一批155架P-61A-5NO则装军用应急功率为2，040马力的R-2800-65发动机。只有头37架P-61A-1飞机有顶部炮塔，因它引起了机尾抖振，在后来的飞机上被去掉了。1944年7月开始接收450架P-61B飞机。该型飞机翼下可挂4枚725公斤炸弹，或容量为625公升或1，140公升的副油箱。炮塔在头200架（P-61B-1到P-61B-10）上去掉了，但在抖振问题解决后，在其余的飞机（P-61B-15到P-61B-20）又装上了。
1944年7月7日，“黑寡妇”飞机在南太平洋作了第一次厮杀，在那里，它代替了P-70飞机，到年底，已成为所有航空队夜间战斗机中队的标准装备。它们比以前的飞机要好的多，但是仍然需要更大的速度和更高的升限，于是便计划搞象P-38M和P-61C那样更快的飞机。
P-61C飞机于1945年7月出现，装军用应急功率为2，800马力的R-2800-73涡轮增压发动机。在对日作战胜利结束生产前，完成了41架。两架改装了R-2800-77发动机的P-61A飞机编号改为XP-61D，除了新型的涡轮增压器外，这两种型号是相似的。
1945年初，两架装R-2800-65“黄蜂”发动机的P-61B飞机改装成XP-61E原型机。这是一种装雷达的远程昼间战斗机，为使机身较小，较流线型，撤掉了炮塔。两名乘员坐在机身油箱前的水泡式座舱盖下，除了通常的4门20毫米机腹机炮外，还增加了4挺12.7毫米机头机枪。这种型号在战时没有投入生产，然而在1946年制造了36架F-15A侦察型飞机。
在大战的最后一年，“黑寡妇”飞机名附其实地作为陆军航空队标准夜间战斗机。到那时，轴第二次世界大战结束后，功成名就的“黑寡妇”夜间重型战斗机逐渐地退出了空战舞台，但它的设计思路以及许多新的技术成果，被用在后来的飞机设计上。
二战后，美国没有向其他国家出售过P-61战斗机。二战结束后，随着历史的变迁，目前世界上仅存有两架，一架在美国的俄亥俄州空军博物馆，另一架在中国的北京航空馆（今北京航空航天大学航空馆）。轴心国处于守势，同盟国也就没有遇到达饱和轰炸袭击。P-61飞机通常独自出动去伏击各个敌方袭击者。
