1938年7月，巴伐利亚飞机厂更名为梅塞施米特飞机厂，故Bf109亦称Me109，但一般仍称Bf109。
1939年4月26日，里·弗·温德尔驾驶由Bf109专门改装的Me209ⅤⅠ型特种飞机创造了活塞螺桨飞机平飞速度世界绝对记录——755．138千米/小时，并一直保持到1969年！当时的空军技术局长，飞行专家乌德特少将对Bf109所作的特技飞行十分欣赏，他曾要求首席试飞员赫·乌尔斯塔博士驾机向右连续21周、再向左连续17周急速盘旋爬升，再从7500米高空向下作垂直俯冲，待近地面时才改平，其间均未进入危险的尾旋状态，充分显示出该机构造的坚固性和优异的操纵特性。
Bf109是德国第一种进入实用的悬臂下单翼、起落架可收放的军用机。在外观上采用了更多的直线修形，在构造上它合理选用了高强度薄铝板和精密压铸件，反映出当时德国工
业技术的先进水准。该机的翼载达170千克/米2，展弦比取6．065，立尾呈半圆形，平尾为矩形，部分改型还设有下部斜撑杆。为保证有一个较大的起飞迎角，主起落架（前主轮）一对长长的支柱特意装在翼根处，但造成横距过窄的缺点，在野战跑道起降时飞机容易倾翻。射击武器则安装在机头上部和机翼前缘，一般配备两炮两枪。Bf109采用正面阻力较小的水冷直列气缸的DB601（或DB605）型发动机，机头配一个圆锥体形状的桨毂罩及三叶螺旋桨。
Bf109除V型为原型机外，从A至S共开发出十几个改型，其中又包含近百种亚改型。在长达23年时间里，先后在德国、西班牙和捷克等地累计生产了33000架，其中德国自产30480架。这种情况，在世界航空史上单一型号产量记录中是极少见的。
Bf109A型～Bf109D型均系前期小批试制型，其中Bf109B于1937年3月最先服役，4月14日在西班牙内战中正式参战，留昭中尉初次取得战果。Bf109D和E两种改型用于针对波兰的闪电战，成为大战初期德军的主战机种。
Bf109E是从1938年开始服役的第一种进入大批量生产的重要改型，从E1～E7共派生出七大亚改型。该机曾参加过1940年的不列颠大空战，与英国战斗机展开过激烈的较量。
Bf109F的机身与翼梢部分都作了修形，尾轮可收进机身，速度性能有了提高。1941年与Fw190战斗机一起装备部队，用于苏联及西欧战场。由于加装了机腹副油箱，滞空时间延长了40～60分钟，一定程度上改善了航程短的缺陷。
绰号“古斯塔夫”的Bf109G是Bf109最重要的改型，下面又分成十几种亚改型，共生产21600架（一说23000架），并于1942年夏季服役。Bf109G因改装了可喷水加力的大功率DB605A发动机，故性能全面提高，特别是火力有所加强。其中Bf109G—5的发动机功率高达1800马力，为Bf109各改型之最。Bf109G—1、—3、—5是座舱获得增压的高空战斗机；G—2、—4、—6、—10、—14是战斗轰炸机，可在翼下加挂20毫米MG151型机关炮吊舱两具或210毫米口径的反轰炸机火箭发射筒两具；G—8是座舱视界极佳的战斗侦察机；而G—12为双座教练机。
Bf109H是大翼展的特制的高空战斗机，最高时速可达745千米，升限14000米，产量极少。
Bf109J为西班牙在战后的仿制型，Bf109K是德国最终改型，座舱增压，最高时速大于700千米，因火力装备的差异而派生出K—1至K—14多种亚改型，1944年11月与Fw190D9飞机同时出现在西欧战线，拥有2000马力级发动机和30毫米机炮两门，但已来不及生产出更多的数量来。
Bf109L与S型只停留在图纸阶段，Bf109T是德军唯一的舰载战斗机改型。由于海军航空母舰计划迟迟未见付诸实施而未能投产。Bf109Z型由两架F型并列拼接而成，是用最少的费用研制重型战斗机的一种探索性设计，只试制了一架。
Bf109R相当于前面说到的Me209创记录飞机。
战后，捷克仿制型号叫作S99和CS99（双座），出口以色列的改型称S199。
1939年9月，Bf109D、E百余架首次掩护Ju87俯冲轰炸机入侵波兰，在实战中创造了“掩护——攻击”组合战术。其中，H·甘赞大尉一人击落波兰飞机7架，Bf109也先后被击落67架。9月4日下午，英国皇家空军首次发动对德攻击行动，14架“惠灵顿”轰炸机试图击沉德国头号战列舰“格奈泽瑙”号。Bf109起飞拦截，阿·赫尔德上士驾机击落一架“惠灵顿”，成为大战中英国于空战中损失的第一架轰炸机。年底，Bf109在雅得湾的空战中又一次拦截过英国皇家空军的轰炸机。
同年，Bf109开始与探照灯部队合作实施过夜间空战训练，1940年2月，一支由少数Bf109组成的专门部队首次利用月光击落一架英国飞机。
到1940年5月上旬，驻西线的第二、第三航空群已拥有1016架Bf109。德军依仗飞机性能上的暂时优势，一度控制了大部分地区的制空权。例如在5月12日，有85架Bf109E从科隆郊外两个机场起飞直接支援在马斯河以及艾伯特运河桥头堡的守军。27战斗航空团以4分钟的间隔连续升空作战，共计340架次，平均每架飞机出击4～5次。到傍晚，以损失4架的微小代价换来击落28架英国重轰炸机的战果。
Bf109真正棋逢高手，是在1940年夏秋时节那个血腥的不列颠大空战期间。德国每一架轰炸机均得到4～5架Bf109的掩护，但因为空军司令戈林禁止战斗机脱离混合编队，所以自由空战成为一纸空文。Bf109良好的空战机动性能也无法正常发挥。飞行员们忙着紧跟在己方轰炸机的后面，眼睁睁地看着皇家空军的“喷火”与“飓风”战斗机一次次扑向自己的轰炸机。8月31日，1301架Bf109和Bf110型战斗机掩护150架轰炸机进袭霍恩彻奇和比金希尔等军用机场，遭到英国飞机978架次的有力拦截。英德战损比为39∶32，其中Bf109被击落百余架，另有200多架因燃油耗尽而坠海.
9月20日，210实验大队的22架Bf109首次挂上炸弹，对伦敦铁路枢纽实行4000米高度水平轰炸，作为战斗轰炸机成功地实施了战术空袭。这次得手，甚至使德军产生了将1/3的Bf109改装成战斗轰炸机的念头。由鲁本斯德尔法率领的特种飞行队，常挂着250～500千克级的大炸弹，投入封锁英吉利海峡盟国商船航线的行动。1941年5月22日，英国“菲吉”号巡洋舰被一架返航中的Bf109炸沉，令皇家海军大为恼怒。但多次实战同时也表明，如果没有其他专门战斗机实行保驾，Bf109挂上炸弹后就很难逃脱被歼灭的命运。
1941年5月，两个大队的Bf109被调往东部进攻前苏联。从6月下旬起，Bf109E/F又与红军展开多次激烈的空战。
到9月10日，全部装备Bf109的德空军JG51飞行团，已累计击落苏机二千架。为弥补航程短的弱点，Bf109常从最前沿的草地机场升空作战，有时每架每天要出动5～6次之多。据统计，Bf109与其宿敌拉—7型或雅克—9型战斗机之间展开的空战大多发生在700米低空。1943年5月18日，大战中有称“最大空战”的一次空中大较量发生在哈尔科夫上空。德军出动2个团的Bf109对付拥有400—500架苏联轰炸、战斗、强击机的混合编队，结果有120架苏机被击落。
在前苏联战场，Bf109曾试用过一种称之为“恶魔之卵”的SD2型微形炸弹。每颗2千克，杀伤半径12米，专用于消灭敌方有生力量，每架次可携带96颗。
1943年过后，德国空军开始走下坡路，但7月份还是派出一队Bf109，飞临盟军大型轰炸机编队的上空，投下炸弹，妄图阻止英美飞机对德国本土的大空袭。7月28日，曾将B—17“炸落”过3架。
1944年，和飞机一样，德国飞行员的数量已衰败到了捉襟见肘的地步，不少“娃娃兵”驾驶Bf109升空迎战，但常在起降过程中就撞死在跑道上，战斗进入残酷的死胡同。
在北非方面。Bf109曾于1941年就开始支援隆美尔军团，号称“非洲之星”的王牌飞行员马尔塞尤曾创造一天击落12架敌机的战绩。他的那架Bf109F“黄色14号”座机也成为空战史上的传奇之物。
德国头号王牌哈特曼少校长期使用的也是Bf109K型飞机。他个人击落敌机352架，创造人类战争史上的空战绝对记录。据统计，在大战全期，德国空军总战果中的一半以上是由Bf109取得的。
Bf109能在残酷的战争状态下持续使用十年，证明它的设计是成功的。它属于那种适合采用“打了就跑”战术的高速战斗机。Bf109是大战前半期综合性能优秀的轻型战斗机，也是纳粹空军使用最广泛的军用机。
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