L'Armée de l'air française a engagé ses Mirage F1 sur plusieurs théâtres d'opérations, du Tchad dans les années 1980 à l'actuelle Guerre d'Afghanistan (2001), en passant par la Guerre du Golfe (1990-1991) où ces avions furent cependant en retrait dans un premier temps car l'Irak disposait des mêmes appareils et l'on risquait donc des confusions malheureuses. Début mars 2007, des Mirages F1 basés à Ndjamena ont effectué des missions d'appui feu en République centrafricaine en soutien des troupes françaises lors de la reconquête de la ville de Birao.
Les appareils sud-africains furent quant à eux utilisés de 1978 à 1982, durant le conflit frontalier contre l'Angola. Deux MiG-21 angolais furent abattus par un F1 CZ. Au moins un F1 CZ a été abattu par un missile sol-air angolais. Il a été réparé en utilisant des parties d'un avion hors-service.
Le Mirage F1 fut engagé par l'Irak au cours de la guerre Iran-Irak, période au cours de laquelle il remporta plusieurs victoires aériennes, notamment contre des F-4, F-5 et F-14 de l'armée de l'air iranienne. Plusieurs Mirage F1 irakiens furent également abattus par des F-14 iraniens. Les avions irakiens effectuèrent également des attaques anti-navires avec des Exocet, touchant plusieurs pétroliers et, le 17 mai 1987, un bâtiment américain (l'USS Stark, officiellement, une erreur de tir). Plusieurs Mirage F1 irakiens furent abattus durant la Guerre du Golfe (1990-1991), d'autres se sont réfugiés en Iran et figurent maintenant dans l'arsenal de l'armée de l'air iranienne.
En février 1995, des Mirage F1 équatoriens ont abattu deux Su-22 péruviens, lors d'un conflit frontalier entre ces deux pays.
Dans les années 1980, le Maroc a utilisé ses Mirage F1 dans des missions d'appui contre les forces du Front Polisario, durant la guerre du Sahara occidental.
Le Mirage F1 C entre en service dans l'Armée de l'air fin 1973 au sein du prestigieux Escadron de chasse 2/30 Normandie-Niemen stationné sur la Base aérienne 112 Reims-Champagne, où les premiers F1 C se posent le 20 décembre. Il faudra au total huit ans pour que se termine la transformation des escadrons composant la 30e Escadre de chasse (basée à Reims), la 5e Escadre de chasse (basée à Orange) et la 12e Escadre de chasse (basée à Cambrai), sans oublier l'Escadron de chasse 1/10 Valois transféré à Reims en 1985 pour intégrer la 30e Escadre de chasse.
Rapidement, de nouveaux volets sont installés pour améliorer la manœuvrabilité de l'appareil en combat aérien. Un détecteur d'alerte radar est ajouté au sommet de la dérive à partir du 71e exemplaire. Enfin, à partir du 84e exemplaire, une perche de ravitaillement en vol est montée en série. Cette perche est fixe mais peut être démontée au sol. Les exemplaires qui en sont pourvus sont désignés Mirage F1 C-200.
Initialement, le seul armement disponible est le missile air-air à moyenne portée Matra R530. À la fin des années soixante-dix arrivent les Matra R550 Magic – missiles à courte portée alors installés sur des rails montés en bout d'aile – et le Matra Super 530 F, version nettement améliorée du Matra R530.
Plusieurs versions font peu à peu leur apparition :
Les Mirage F1 sont exportés en Afrique du Sud dès 1974 puis en Grèce (1975), en Espagne (1976), etc. Au total, onze pays se portent acquéreurs de cet avion et il était encore en service dans la grande majorité d'entre eux en 2006. Différents programmes de modernisation ont eu lieu de façon indépendante dans certains de ces pays. Certains Mirage F1 vendus à l'export sont capables de tirer le missile américain AIM-9 Sidewinder.
À la fin des années 1990, l'Espagne a lancé un programme de modernisation de ses Mirage F1 (amélioration des performances du radar et mise à niveau de l'avionique), dont la réalisation a été confiée à Thomson-CSF. Cette opération doit également permettre de remettre tous les avions au même standard, ce pays disposant en effet de 2 versions différentes (F1 CE pour l'interception pure et F1 EE aux capacités air-sol améliorées) et ayant racheté quelques F1 C à la France.
En 2006 le Maroc a signé un contrat avec ASTRAC pour la modernisation de 27 Mirage F1 : mise à niveau de l'avionique et du poste de pilotage, nouveau radar, nouveaux équipements d'autoprotection, capacité d'emport de missiles MICA et de l'armement air-sol modulaire. Cette modernisation doit se terminer en 2011.
La Libye a signé fin 2006 un contrat de remise en état de vol de douze de ses avions.