P-61B
P-61B是“黑寡妇”的第二种生产型，与P-61A在外观上区别不大，但根据部队提出的意见进行了针对性改进。
P-61B引入了改进型SCR-720C AI雷达，机鼻加长了20.32厘米。P-61A的液压收放主起落架舱门存在可靠性问题，在外场被改装成机械收放舱门。P-61B改用分裂式主起落架舱门，主起落架完全放下后，新舱门的后3/4部分可以再合上，防止机轮甩出的泥浆、石子、碎片溅入轮舱。同时主起落架引入了紧急释放锁定机构，在液压系统发生故障时飞行员可以紧急放下起落架。此外主起落架液压阀门上还增加了安全锁，消除了在地面因飞行员误操作而引发的起落架意外收回隐患。
P-61B改用分裂式主起落架舱门，主起落架完全放下后，新舱门的后3/4部分可以再合上，防止机轮甩出的泥浆、石子、碎片溅入轮舱
P-61B的雷达罩后方增加一个检修舱门，这是与A型之间的明显外部区别。
P-61B增加了座舱加热系统的功率，发动机罩下方通风片、滑油散热器排气挡片、中冷器排气门改为自动操作。滑油箱从外翼段移到发动机舱内，起落架支柱增加了滑行灯，去掉了副翼调整片，增加了内置式灭火系统。
第548夜战中队的P-61B-1-NO 42-39403“The Spook”
在“黑寡妇”服役初期，作战部队和本土训练部队都发现在夜间飞行员只凭肉眼看不见被雷达发现的目标。为此P-61B增加了双目夜视望远镜，这套设备由一个5.8倍率的夜视镜和一个光学瞄准具组成。与常规瞄准具显示的光圈和光点瞄准标志不同，夜视镜的瞄准具把4个光点列成一条水平直线，飞行员看到敌机后，就把4个光点按照敌机翼展调整间距，如果飞行员能识别出敌机型号，输入翼展数据，那么瞄准具就能很容易地解算出距离和射击位置。P-61A后来在外场也加装了双目夜视望远镜。
飞行员的双目夜视望远镜，以及4光点瞄准标记
P-61B-5-NO批次使用APN-1低空高度表取代了SCR-718无线电高度表。
P-61B-10-NO批次增加了APS-13尾部告警系统。一些P-61A和早期批次的P-61B在外场也加装了APN-1和APS-13系统。B-10批次还引入了可挂载4个977升可抛副油箱或726千克炸弹的翼下挂架。
APS-13是现代雷达告警接收机的雏形，能有效发现咬尾的敌机
P-61B-15-NO批次重新引入了机背炮塔（通用电气A-4炮塔），很大程度上解决了早期炮塔的抖振问题。
通用电气A-4机背炮塔
P-61校射枪炮，4门20毫米机炮和4挺12.7毫米机枪的火力配置在二战中是十分强大的
P-61B-20-NO批次换装A-7炮塔，并改进了火控系统。
“黑寡妇”只在追击敌机时才使用机载雷达来绘制跟踪航线。接近目标后，飞行员用夜视望远镜搜索到目标并通过瞄准具向目标射击。实用化的雷达火控技术在多年后才出现，但“黑寡妇”对机载自动火控系统进行了一些尝试，7架P-61B-25-NO批次试验机安装了与通用电气遥控炮塔联动的西电APG-1机枪火控雷达。雷达数据输入一台模拟计算机，解算出诸元后指挥炮塔射击。随后一架P-61B-15-NO和首批6架P-61B-20-NO也加装了该设备，这些飞机在佛罗里达州埃尔金机场的陆航试验司令部和加州汉默机场的夜间战斗机训练基地进行了测试。但最后总因为技术不够成熟而没有在实战中使用。
北航的这架P-61序列号是42-39715，型号是P-61B-15-NO。威猛摄影
北航P-61完整的机身铭牌
1945年16架P-61B被改装成P-61G气象侦察机，拆除了所有武器。
P-61G气象侦察机
P-61C
针对P-61A/B在作战中表现出的缺陷，P-61C提高了飞机性能。
大部分的“黑寡妇”飞行员都很喜爱他们的座机，对该机的机动性和火力给予了高度评价。但是他们几乎异口同声地报告“黑寡妇”的速度还是不够快，不足以成为真正NB的夜间战斗机。此外他们还认为可以再提高一下实用升限。在“黑寡妇”投入实战前的1943年年中，陆航和诺斯罗普也得出同样的结论。1943年11月11日诺斯罗普被批准研制“黑寡妇”改进型——XP-61C。
使用P-61A改装的XP-61C原型机，注意发动机罩外形有了明显的变化，该机后来的编号改成XP-61D
增压涡轮安装位置
XP-61C最大的改进是换装了涡轮增压的R-2800-77发动机，紧急战斗功率2800马力。之前由于担心耗油率过高而影响续航时间，所以诺斯罗普的工程师决定不为“黑寡妇”安装涡轮增压器。但现在看来安装涡轮增压所获得的性能提升足以抵消高油耗的缺点。
A·O·史密斯公司不仅造热水器、炸弹外壳、还造飞机螺旋桨
XP-61C可以很容易地与P-61A/B区别，为了容纳涡轮增压器，每侧发动机舱下方增加了一个大鼓包。为了充分利用增加的发动机功率，该机换装了A·O·史密斯制造的宽弦螺旋桨，预计在9144米高度能飞到692千米的最大速度。
XP-61C/D/P-61C发动机罩外形的改变
因为诺斯罗普忙于优先级更高的XB-35飞翼轰炸机，所以XP-61C的进度十分缓慢。实际上XP-61C的许多研制工作被外包给固特异公司，之前该公司作为分包商一直在生产“黑寡妇”的部件，所以直到1945年初首架生产型P-61C-1-NO才下线。正如预期，尽管P-61C的空重增加了907千克，性能还是有大幅提高。该机在9144米的确飞到了692千米/时的最大速度，实用升限增加到12497米，爬升至9144米耗时14.6分钟。
第二架P-61C-1-NO 43-8322在XB-35试飞中担任伴飞机
P-61C在机翼上下表面增加了多孔减速板，在截击时可防止飞行员冲过目标。为了增加载油量，P-61C的4个翼下挂架（内翼段两个，外翼段两个）可挂载4个1174升可抛副油箱。
P-61C在机翼上下表面增加了多孔减速板，在截击时可防止飞行员冲过目标
1945年7月陆航接收了首架P-61C，但在P-61C准备好作战前太平洋战争就结束了。1946年1月28日陆航接收了第41架也是最后一架P-61C-1-NO。根据诺斯罗普的档案，诺斯罗普至少报废了13架已经完工的P-61C，并且陆航取消了1945财年P-61C-5-NO和-10两个批次的400架P-61C订单。
大多数飞过P-61C的飞行员都感觉到因为重量的增加，该机的机动性不及A/B型。P-61C的服役生涯很短暂，大多被用于测试和研究用途，并且很快就被喷气式飞机取代。到1949年3月大多数P-61C被报废，仅有两架流入民间市场，两架进入博物馆。
P-61C-1-NO 43-8353保存在俄亥俄州代顿的莱特-帕特森空军基地博物馆，被涂成P-61B-1-NO 42-39468。
保存在俄亥俄州代顿的莱特-帕特森空军基地博物馆的P-61C-1-NO 43-8353
P-61C-1-NO 43-8330被保存在史密森学会的马里兰州休兰特银山仓库，修复后在史密森学会的国家航空航天博物馆展出。
在史密森学会的国家航空航天博物馆展出的P-61C-1-NO 43-8330
XP-61D
前面提到了XP-61C大多数研发工作被外包给固特异，一开始准备给XP-61C安装配备了通用电气CH-5涡轮增压器的普惠R-2800-77发动机，但因该发动机被优先级更高的项目采用，所以只能退而求其次选择R-2800-14W发动机。实际上这两种发动机之间的差别很小。1944年2月中旬诺斯罗普提供P-61A-5-NO 42-5559进行XP-61C的改装。出于保险起见，诺斯罗普建议再改装第二架XP-61C。由于此时P-61A的生产线已经在生产P-61A-10-NO批次，所以从生产线上调拨了P-61A-10-NO 42-5587用于改装。除动力系统外XP-61C还改装了4个翼下挂架。
XP-61C/D 791号42-5559
到1944年4月下旬XP-61C又换装了R-2800-57发动机。由于此时P-61C已经投产，4月27日莱特机场下令把这两架原型机的编号改为XP-61D，以避免与P-61C生产型相混肴，继续进行实验性试飞。
由于固特异公司的技术实力不强，劳工短缺，所以XP-61D的进度延误了几个月，直到1944年11月才做好首飞准备。此时该机安装的是R-2800-77发动机，紧急战斗功率2800马力。1945年秋两架XP-61D的试飞项目才结束，在9144米高度飞到了692千米/时的最大速度，爬升至9144米耗时13.5分钟，实用升限13106米，空重10571千克，总重13540千克，最大起飞重量18014千克。
随着太平洋战争的结束，XP-61D项目也随之终结。1945年9月11日和1946年4月这两架原型机先后报废。
XP-61E
XP-61D的研制合同中还有研制两架XP-61E的补充条款。XP-61E是“黑寡妇”的轰炸机护航型，两架P-61B-10-NO（42-39549和42-39557）被选中进行原型机的改装。但P-51D在证明自身足以扮演轰炸机护航战斗机角色后，XP-61E也并不重要了，直到1945年3月才完成原型机的改装。
改装中的XP-61E原型机
XP-61E 42-39549
XP-61E保留了P-61B的R-2800-65发动机，彻底重新设计了中央机身，改为配备气泡式座舱盖的串列双座布局，取消了第三名乘员。此外机鼻雷达也被4挺12.7毫米机枪取代（每挺备弹300发），保留了机腹的4门20毫米机炮。中央机身内增加了额外的油箱，使内油容积增加到4384升。座舱后段左侧还配备登机梯。第一架原型机的气泡座舱盖是向左侧开的，第二架原型机座舱盖则改为向后滑动打开。第一架原型机的4挺机鼻机枪呈盒状排列，第二架则呈大致水平排列。
XP-61E的中央机身经过了彻底重新设计
XP-61E两架原型机之间的区别
1945年4月第二架XP-61E 42-39557在大推力起飞测试中，试飞员过早收回起落架，导致飞机撞向跑道，折断了螺旋桨后机腹擦地滑行了一段距离。幸好飞行员毫发无伤，还能自行走出飞机，但飞机已彻底报废。
在对XP-61E进一步试飞后，发现该机的性能比夜战型“黑寡妇”有了明显提高，在5182米高度飞到了605千米/时的最大速度。但是XP-61E的性能并不足以超越同时期的最新战斗机。比如速度就比不过北美的XP-82“双野马”护航战斗机。后者在1945年4月15日首飞，在7650米高度飞到了776千米/时的最大速度。因此同样作为护航战斗机发展的XP-61E也就没有进一步研发的必要。
XP-61E的性能和同时期的最新战斗机相比并不占优势，所以没有投产
夜空女王——诺斯罗普P-61“黑寡妇”夜间战斗机（一）
夜空女王——诺斯罗普P-61“黑寡妇”夜间战斗机（二）
夜空女王——诺斯罗普P-61“黑寡妇”夜间战斗机（三）