Самолет передали военным, и те совершили первый полет 7 июля 1945 года. Второй прототип поднялся в воздух 30 августа. Прототип ХР-82А построили и передали военным, но ни одного полета машина не произвела. Причиной этого стала низкая надежность двигателей Allison V-1710-119. После очень неудачных результатов, полученных на оснащенном этим двигателем прототипе ХР-51J, от дальнейшего развития ХР-82А отказались. Судьба прототипа, уже доставленного на аэродром, осталась неизвестной.
Первый прототип ХР-82 получил положительную оценку 11 сентября 1945 года и был возвращен на завод для дальнейшего совершенствования. Характеристики машины: размах крыла 15,52 м, площадь крыла 37,9 м², длина 11,89 м, высота 3,43 м, взлетная масса с нормальным запасом топлива (600 галлонов) 6079 кг, полная взлетная масса 8664 кг. На высоте 6950 м самолет развивал скорость 753 км/ч при мощности двигателей 1810 л.с. (форсаж впрыском воды). Высоту 7620 м самолет набирал за 6,4 минуты. Потолок 12190 м. Дальность полета 2236 км без подвесных баков и 5543 км с подвесными баками общей емкостью 3955 л.
ХР-82 был вооружен шестью 12.7-мм пулеметами М-2 с боекомплектом 400 выстрелов на ствол. Под центропланом имелся один, а под консолями по два узла для подвески дополнительного ракетно-бомбового или пулеметного вооружения. В 1946 году самолет получил новые пулеметы М-3, отличавшиеся большей скорострельностью.
Обе кабины оснащались полным комплектом органов управления и приборами контроля и навигации. Это позволяло пилотам менять друг друга во время длительных перелетов, любому пилоту исполнять функции наблюдателя, или пилотировать машину в случае ранения или гибели второго пилота. Имелась возможность использовать самолет для подготовки неопытных пилотов.
Хороший снимок летящего F-82 «Twin Mustang». Вероятно, фотография сделана в 1948 году.
F-82F с контейнером APG-28. Выхлопные патрубки оснащены пламегасителями, необходимыми для ночного истребителя.
Первый прототип ХР-82 (13 декабря 1947 года ему присвоили обозначение YP-82) был принят на вооружение 6 апреля 1946 года. Потом машину передали в аэродинамическую лабораторию NACA в Лэнгли. 5 октября 1955 года самолет отправили на слом, после того, как он налетал 296 часов. Второй прототип приняли на вооружение 18 марта 1946 года и использовали для определения характеристик машины. В октябре самолет также передали NACA. Вероятно, машина также участвовала в испытаниях ракетных двигателей. 25 февраля 1950 года самолет получил повреждения на обледеневшей ВПП и был отправлен на слом. Один из фюзеляжей этого самолета в наши дни находится в музее города Ньюбери, штат Огайо.
Окончание войны привело к сокращению заказа с 500 до 20 машин. В ноябре 1945 года выпуск истребителей Р-51 прекратили и началась подготовка к сборке Р-82В. Первый серийный Twin Mustang P-82B (44-65160) поднялся в воздух 31 октября 1945 года. Пилотировал машину Боб Чилтон, хотя некоторые авторы утверждают, что за штурвалом сидел Джордж Уитиз Уэлш, который погиб позднее, испытывая прототип F-100 Super Sabre. Два следующих самолета были готовы в январе 1945 года, а весь заказ выполнили к концу марта. Самолеты получили серийные номера в диапазоне 44-65160…44-65179. Истребители находились на вооружении ВВС США до декабря 1949 года, однако ни в какую часть они не поступили, а использовались для подготовки летчиков, испытаний вооружений и т. п. Серийный самолет стоил 140513 долларов. Последний самолет серии оставили на заводе для исследований.
На самолете Р-82В 44-65168 («Betty Jo») Роберт Э. Тэкер и Джон Ард совершили рекордный беспосадочный перелет. Они вылетели 28 февраля 1947 года из Гонолулу и через 14 часов 32 минуты приземлились в Нью-Йорке, пролетев 7994 км со скоростью 520 км/ч.
Один из серийных самолетов переоборудовали в разведчика, присвоив ему обозначение RF-82B. После войны американской авиации требовался разведывательный самолет, обладающий большой дальностью полета и имеющего большой потолок. Предложенные на эту роль XF-12 фирмы Republic и F-11 фирмы Hughes не подошли. Опытная часть 3200-я испытательная группа полковника Мерла Паркса разработала контейнер, в котором размещалось семь фотокамер, в том числе камера К-22 с фокусным расстоянием 1016 мм. Контейнер подвешивался под центропланом самолета и уменьшал максимальную скорость самолета только на 5 км/ч. Для сравнения из-за контейнера с радарами для P-82C/D терялось 24 км/ч скорости. Самолет 44-65172 совершил первый полет 15 ноября 1948 года. Пилотировал машину Лин Хендрикс. Хотя испытания закончились положительной оценкой, дальнейших работ в этом направлении не последовало. После цикла испытаний, продлившегося год, устройство использовалось в качестве наглядного пособия.
10-й и 11-й серийный самолеты были достроены в варианте ночного истребителя, позднее назвав этот вариант всепогодным истребителем. Вероятно, автором этой идеи был Эд Хорки, однако сам он не давал однозначного ответа на этот вопрос. Машина 44-65169 получила новое обозначение P-82C-1-NA, а машина 44-65170 — Р-82D-1-NA. Оба самолета оснастили радаром, который размещался в контейнере под центропланом. Между собой машины различались типом установленного радара: на Р-81С стоял радар SCR-270, а на P-82D — AN/APS-4. Контейнер изготавливался из дюраля, передний же обтекатель был из стекловолокна. Радар SCR-720 представлял собой лицензионный вариант английского радара Mk 10 Airborne Intercept, выпускавшийся фирмой Western Electric Corporation. Радар APS-4 был оригинальной американской разработкой. Конструкция контейнера позволяла самолету без ущерба для радара проделывать маневры с ускорением 7,33 g. При этом изменились функции второго члена экипажа. Кабину второго пилота переоборудовали в рабочее место оператора радара. В кабине имелись основные органы управления, а также два осциллоскопа для показаний радара. На осциллоскопе В оператор определял расстояние и угол до цели, а на осциллоскопе С — высоту цели и угол до нее. В кабине пилота стоял малый осциллятор, на котором дублировались показания одного из двух осциллоскопов.
Четыре F-82F из 52. F(AW)G (46-408, -407, -414 и -429) над Лонг-Айленд, 1949 год. Машину 46-414 ведет командир группы, полковник Оливер Селлини. 52-я группа базировалась на острове Митчелл. Аббревиатура (АW) в названии части означает All Weather — «всепогодный».
P-82G (46-392) с контейнером, в котором находится радар. Носовой обтекатель контейнера сделан из диэлектрика, который не мешает работе радара.
Первый полет Р-82С состоялся 21 марта 1946 года. Экипаж состоял из Эдгара А. Стюарта (пилот) и Уилкокса Текса Уайлда (оператор радара). Модификация P-82D полетела 30 августа 1946 года. Самолет пилотировал один летчик — Джордж Кребс. Испытания показали, что контейнер с радаром не слишком сильно сказывается на летных качествах самолета. Контейнер Р-82С был меньше и вызывал меньшее аэродинамическое сопротивление, чем контейнер P-82D. С другой стороны, контейнер P-82D выступал за плоскость винтов, что уменьшало вибрацию антенны радара. Для оснащения всепогодной модификации Р-82 выбрали контейнер типа «D». За свою продолговатую форму контейнеры получили прозвище «pikle» (маринованная сельдь) или «dong».
