Можно уверенно утверждать, что проект «пятиствольных» Me 109F был свернут из-за появления новой пушки MG 151, которые пошли в серию в начале 1941 года. Пушка MG 151/20 имела калибр 20 мм и конструктивно превосходила MG FF/M. Конечно, MG 151/20 не умещалась в крыле, но ее можно было поместить под крылом в гондоле. В результате вся программа F-5/F-8 была свернута, и летом-осенью 1941 года началась программа по установке пушек MG 151/20 в крыльевых гондолах. По всей вероятности, именно благодаря достоинствам пушки MG 151/20 ее начали устанавливать на Me 109F-4 вместо MG 151/15. В результате возникла заметная пауза в четыре месяца между завершением производства Me 109F-3 и началом выпуска Me 109F-4. В этот период выпускали только «легкий» истребитель F-2. Из-за того, что в распоряжении немецких конструкторов отсутствовала надежная пушка, не было никакой возможности сделать «тяжелый» истребитель ни F-1 с мотором DB 601N, ни F-3 с мотором DB 601E. В результате легкий F-4 внезапно превратился в тяжелый, едва только появилась необходимая пушка.
После того, как начался серийный выпуск Me 109G, некоторое количество Me 109F модернизировали до стандарта «Густава». Вместо старых кабин и двигателей установили новые, одновременно переделали часть внутренних узлов (например, топливную систему). Таким образом появлялись настоящие G-2 в «теле» старых Me 109F-4.
Множество Me 109F использовали в различных проектах, в которых отрабатывались технические решения для следующего поколения «мессеров». Два самолета использовались для обкатки внутренних частей крыла, хвостового оперения и главного шасси для Me 209. Кроме того, у одного из этих самолетов (Me 109V23, W.Nr. 1801, СЕ+ВР) установили третью стойку шасси, положив самолет горизонтально, что впервые было использовано на Me 309. Второй самолет — Me 109F-1/V31 W.Nr. 564, SG+EK — оснастили новым шасси, герметичной кабиной, а также новой системой охлаждения двигателя (масляный и водяной радиаторы перенесли в фюзеляж, откуда они могли выдвигаться, как это использовалось на Me 209 и Me 309). Следующим самолетом, использованным в программе Me 309, стал Me 109V24, который получил ту же систему охлаждения (и двигатель DB 605A), после чего машину исследовали в аэродинамических трубах в Геттингене и Шале-Модоне.
На одном из Me 109F2 (W.Nr. 8195, VD+AJ) повторно отрабатывалось лыжное шасси. Первым в этой программе использовали Me 109E-8. Этот самолет разбился в первой половине февраля 1941 года, после чего лыжи установили на «Фридрихе». Лыжное шасси «Фридриха» несколько отличалось от того, что стояло на «Эмиле». Шасси было неубирающееся, колесные ниши закрыты крышками.
Один из «Фридрихов-4» (W.Nr. 7413) в декабре 1941 года прошел в Рехлине цикл сравнительных испытаний с Fw 190А-2. Испытания показали, что у Me 109 был лучший разгон, в то время как «фокке-вульф» имел несколько большую скорость (10–20 км/ч) в горизонтальном полете над землей и на высоте 4000–4500 метров. Как нетрудно догадаться, «фокке-вульф» быстрее разгонялся в пикировании, труднее выходил из пикирования и обладал меньшей скороподъемностью.
В 1942 году Венгрия получила несколько десятков истребителей Me 109F, в том числе 37 F-4/B. Еще около четырех десятков истребителей F-2 Венгрия получила в начале 1944 года. Кроме того, не меньше 12 F-4 получила в 1943 году Италия. Эти самолеты предполагалось использовать для подготовки пилотов, поскольку предполагался переход итальянских ВВС на Me 109G. Кроме того, один Me 109F-4 оказался в Испании. Самолет получил бортовой номер 6°135 и собственное имя «Zacuto».
Me 109G
Следующей модификацией «мессера» стал «Густав» — Me 109G. Эта модификация была создана вскоре после «Фридриха» — зимой 1940 года. Обе модификации отличались друг от друга прежде всего мотором. Вместо DB 601E на «Густаве» стоял DB 605А, который был на 125 л.с. мощнее и на 56 кг тяжелее предшественника. Кроме того, «Густав» получил новый фонарь со встроенным лобовым бронестеклом. Рамы фонаря были усилены настолько, что смогли выполнять функцию противокапотажной дуги. Кресло пилота получило бронированный заголовник. Если у перевернувшегося «Фридриха» фонарь часто разрушался, а заголовник отламывался, что неизбежно влекло за собой смерть пилота, у «Густава» подобный риск практически исключался.