В одном из рапортов RLM, написанных в октябре 1937 года, сообщалось, что пробные полеты трех прототипов состоятся в ноябре 1937 года (V19) и в январе 1938 года (V17 и VI8). К сожалению, нам не известно, удалось ли соблюсти указанные сроки, но с уверенностью можно утверждать, что в отношении VI7 планы были сорваны, поскольку первый полет машина совершила лишь в феврале 1938 года, то есть сроки были сорваны на месяц. Похожая история могла случиться и с двумя остальными прототипами. Так или иначе, но испытания провели в период с ноября 1937 по конец февраля 1938 года, следовательно, выпуск серии начали весной 1938 года. Серия была небольшой — на заводе в Регенсбурге собрали всего 55 машин, после чего производственные мощности переключились на выпуск Me 109D.
Кроме вооружения на «Цезарях» было еще несколько нововведений. В направлении хвостовой части перенесли гнезда заправки кислородной системы и зарядки аккумулятора. Кроме того, изменения затронули приборную доску в кабине самолета.
За «Цезарем» последовала «Дора» — Me 109D. Эта модификация представляла собой не столько попытку усовершенствовать конструкцию самолета, сколько унифицировать и привести к общему знаменателю все многочисленные накопленные изменения, чтобы облегчить крупносерийный выпуск. «Дора» появилась из-за того, что еще не был готов двигатель DB 601, который предполагалось ставить на самолет в дальнейшем. Поэтому на самолете стоял слабый, но сравнительно надежный мотор Jumo 210D. Двигатель обладал стартовой мощностью 580 л.с., а максимальную боевую мощность 640 л.с. развивал на высоте 2700 метров. В то же время, установленный на Me 109C двигатель Jumo 210G, который максимальную боевую мощность 670 л.с. развивал на высоте 3900 м, а на высоте 1200 метров мог развить 730 л.с. Однако выпуск двигателя Jumo 210G ограничивали, ожидая переход на Jumo 211. Результатом всех этих планов стал полный отказ от Jumo 210G, а также от его еще более мощного и еще более ненадежного Jumo 210F (стартовая мощность 1000 л.с., боевая мощность у земли 800 л.с., боевая мощность на высоте 5300 м 760 л.с.) в пользу продвинутого двигателя Jumo 211 А.
Незадолго до появления Me 109D появился доработанный вариант двигателя Jumo 210D — Jumo 210Da мощностью 700 л.с., хотя и развиваемой лишь на небольших высотах. Двигатель позволял поправить летные качества самолета, ухудшившиеся в ходе серийного выпуска. Позднее, уже в конце 1939 года на большинстве «Дор» изменили выхлопные коллекторы на унифицированные с двигателем DB 601 с уплощенными патрубками, что увеличило скорость самолета где-то на 10 км/ч. Скорее всего, эту переделку провели в соответствии с программой унификации Umbausatz.