В ходе выпуска и последующей эксплуатации в конструкцию Me 109D внесли новые изменения. В частности самолеты оснастили люнетным прицелом Abschussrohr с электрической подсветкой, предназначенный для стрельбы ночью. Испытания нового прицела на Е-Stelle в Рехлине начались в декабре 1939 года на базе Бранденбург-Брест, где дислоцировалась одна из эскадрилий IV(J)/ JG 2. Первые пять прицелов установили 21 декабря, вскоре установили еще 8 прицелов. В результате все самолеты эскадрильи оказались оснащенными ночными прицелами. Результаты испытаний показали, что прицелы не оправдали возлагаемых на них надежд. Но несмотря на неудачу, перспективность направления была подтверждена и начались интенсивные совершенствования прицела.
В 1938 году некоторые «Доры» послужили в качестве прототипов для разных программ. На одном из самолетов испытывалось новое вооружение — 13-мм пулемет MG 131. Испытания второй предсерийной партии пулеметов началось 22 июня 1938 года. Два первых пулемета — W.Nr. 040 и 041 — произвели по 2000 выстрелов без отказа. После этого они вместе с пятью другими экземплярами были доставлены в Тарневиц в начале июля. Там их установили на «мессер» и испытали в воздухе. До 20 сентября из двух пулеметов (W.Nr. 038 и 042), установленных в крыльях одного из Me 109D произвели 7100–7700 выстрелов, а из третьего (W.Nr. 040), установленного в вале винта, произвели 16800 выстрелов. Вторую «Дору», вооруженную пулеметами MG 131, передали 1 июля в распоряжение фирмы Rheinmetall-Borsig. Для последующих испытаний пулемета, из Erla в Тарневиц в сентябре прибыли еще два Me 109D (D-IGMD и D-ISDH). Один из этих истребителей, оснащенный двумя MG 131, расположенных в крыльях, пилотировал летчик Цайсинг. Этот самолет использовался для стрельбы по бронированным целям на полигоне Хиллерслебен 3 августа 1939 года. В качестве цели использовалась танкетка wz. 34. По ней было выпущено 129 пуль спереди и сзади, было достигнуто всего лишь 14 попаданий (11 %). Четыре пули пробили броню толщиной 8-15 мм, что позволило дать пулемету положительную оценку и рекомендовать его для борьбы с легко бронированными целями. Первая партия новых пулеметов (200 штук) была установлена на «мессерах» до лета 1940 года, но при этом пулемет еще не был принят на вооружение из-за ряда недостатков. На серийных самолетах пулемет появился лишь в 1943 году.
хвостовое колесо
В Тарневице и Рехлине испытывали на Me 109 еще несколько вариантов вооружения. В июне и июле 1938 года испытания проходил прицел Revi C/12e и модернизованные пулеметы MG 17. В июле провели испытания пушки MG FF/M (образцы V15-1-V15-5). В декабре испытывали работу 100-зарядного магазина Т-100 FF для пушки MG FF.
Внешне Me 109 за все время изменился мало. Более всего бросалось в глаза вооружение, расположенное в крыльях (Me 109C), а также упрощенная одиночная антенна для радиостанции FuG VII вместо строенной антенны, обычной для «Берт». «Доры» последних серий отличались упрощенными стойкой хвостового колеса, из конструкции которой убрали один узел.