Весной 1944 года в составе 4-й группы бомбардировочной эскадры KG 101 (IV/KG 101) сформировали специальную эскадрилью, на вооружение которой стали поступать «Мистели-1». Для обучения летного состава использовались Ju-88A4 без боевой части, из кабины самолета снималось почти все оборудование, такие учебные машины обозначались «Мистель» S1. Боевые же машины оборудовались следующим образом. Носовая часть Ju-88A4 легко отделялась при помощи быстросъемных болтов и заменялась боевой частью с кумулятивным зарядом весом 3800 кг. Истребитель устанавливался сверху на двух передних жестких стойках и одной задней подпружиненной стойке. Предусматривалось два варианта боевого применения связки. По первому варианту взлет и полет к цели осуществлялся только при работающих двигателях нижней машины. Запуск двигателей верхней машины осуществлялся при приближении к цели, после чего летчик переводил связку в пологое пикирование и отцеплялся. Механизм отстыковки в полете был следующим. Летчик самолета управления освобождал заднюю стойку, которая, откидываясь назад вдоль фюзеляжа бомбардировщика, нажимала концевой выключатель, раскрывавший замки основных стоек. Освободившийся бомбардировщик пикировал на цель, а самолет управления уходил на базу. Второй вариант предусматривал совместную работу двигателей обоих самолетов до момента расстыковки, при этом двигатель верхнего самолета питался топливом от носителя. Ночью 24 июня 1944 года эскадрилья «Мистелей-1» из состава IV/KG 101 впервые атаковала корабли союзников во Франции в устье реки Сены.
Разрабатывались и другие варианты «Мистелей». Например, «Мистель-2» представлял собой связку Ju-88G1 с Fw-190A6 или Fw-190F8. В 1944 году было переоборудовано 75 стоявших на ремонте бомбардировщиков Ju-88G1 в «Мистели-2». Первый образец взлетел в ноябре того же года, планировалось поставить 125 экземпляров.
«Мистель-3» представлял собой модернизацию «Мистеля-2», у которого под фюзеляжем нижнего самолета устанавливалась дополнительная стойка шасси, сбрасываемая после взлета. Усиление шасси было вызвано несколькими авариями «Мистелей-2» из-за поломок стоек при взлете с плохо подготовленных аэродромов.
В октябре 1944 года 4-я группа бомбардировочной эскадры KG 101 была передана в состав II/KG 200, на ее вооружении состояло 60 «Мистелей». В декабре предполагалось осуществить массированную атаку военно-морской базы англичан в Скапа-Флоу, однако из-за плохих погодных условий атака не состоялась. Тогда немецкое командование перенацелило «Мистели» на применение их в рамках операции «Eisenhammer» («Железный молот»), которую запланировали на март следующего года. Суть операции, техническую часть которой разработал профессор Штайнманн из RLM еще в 1943 году, заключалась в единовременном нанесении бомбовых ударов по электростанциям, расположенным в европейской части территории Советского Союза, с целью парализовать оборонную промышленность. Для этих ударов разрабатывались специальные авиационные мины «Sommerballon» («Летний баллон»), которые должны были сбрасываться в водохранилища электростанций. Оставаясь на плаву, мина течением воды должна была доставляться к гидроэлектрическим турбинам или системам забора воды для охлаждения тепловых турбин и выводить их из строя. Для выполнения операции «Железный молот» требовалось около 100 «Мистелей». Согласно сценарию планировавшейся операции «Мистели» должны были взлетать с аэродромов в Восточной Пруссии, однако в марте эти аэродромы были захвачены наступавшими советскими войсками. В связи с изменением обстановки II/KG 200 получила приказ перенацелить свои «Мистели» для ударов по мостам на реках Одере, Нейсе и Висле. С апреля к этим боевым действиям была подключена бомбардировочная эскадра KG 30, частично перевооружившаяся на «Мистели». Согласно советским данным, 16 апреля 1945 года, после начала берлинской стратегической наступательной операции, 16 самолетов-спарок «Мистель» пытались разрушить переправы через Одер, чтобы остановить наступление войск 1-го Белорусского фронта на столицу рейха, но потерпели неудачу.
Разрабатывался вариант «Мистеля-3», который предназначался для многоразового использования в качестве сверхдальнего истребителя. При этом нижний самолет пилотировался своим экипажем, в носовой части фюзеляжа располагался радар, а в задней части кабины устанавливался пулемет MG-131, для достижения максимальной дальности подвешивались два сбрасываемых топливных бака емкостью по 900 л.
«Мистель-4» представлял собой связку из Ju-88G7 и истребителя Та-152Н. До конца войны их построили около 250 экземпляров, до 50 экземпляров захватили союзные войска в районе Мерсербурга.