Конструктивно самолеты нуль-серии различались между собой, иногда даже значительно. У первых пяти Me 109F-0 модифицировали крылья, у некоторых из них крылья были с закругленными концами. Все машины оснащались двигателем DB 601A (W.Nr. 5601, 5604 [VK+AB], 5605) или DB 601N (W.Nr. 5603). Из девяти прототипов и нульсерийных самолетов, двигатель DB 601E стоял лишь на одной машине — Me 109V24, который получил этот мотор вместо штатного DB 601 А. Часть поздних нульсерийных машин также оснастили новым двигателем. Первым из них стал Me 109F-0 W.Nr. 5605, VK+AC, который позднее стал называться Me 109V26, а в марте 1941 года вместе с Me 109F-1 (W.Nr. 5643, D-IGUD) был включен в программу испытаний двигателя DB 601Q. Испытания закончились в целом успешно, и в июне 1941 года фирма WNF приступила к выпуску серии из 24 Me 109F-4/U, оснащенных DB 601Q. Однако до конца довести двигатель не удалось, и программу в итоге свернули в начале июля 1941 года, а уже собранные самолеты переделали в стандартные F-4.
В ходе переговоров с RLM Мессершмитт предложил люфтваффе несколько вариантов «Фридриха». Как и «Эмиль», «Фридрих» существовал в легком (в фюзеляже пулемет MG 151/15) и тяжелом (в фюзеляже пушка MG FF/M) вариантах. Из-за проблем с двигателем DB 601E были разработаны четыре модели:
F-1 — тяжелый с двигателем DB 601N;
F-2 — легкий с двигателем DB 601N;
F-3 — тяжелый с двигателем DB 601E, заменяет F-1;
F-4 — легкий с двигателем DB 601E, заменяет F-2.
Первоначально, весной 1940 года на заводах Erla и WNF планировался выпуск разведывательной модификации на базе всех четырех моделей Me 109F, однако в виду большой нехватки истребителей от этих планов отказались. Разведывательный самолет выпустили на базе «Эмиля». Следует отметить, что в RLM уделяли необычно большое внимание разведывательной модификации самолета. Например, фирма WNF получила заказ на 145 разведывательных F-1 из 255 заказанных истребителей, а также на 305 разведывательных F-3 из 465 заказанных истребителей!