Le premier Mystère IV A de série vole à Mérignac le 29 mai 1954, avec Paul Boudier aux commandes. Il s'avère être une grande réussite : puissamment armé, fiable, robuste et manœuvrant, il est facile à piloter. Il est officiellement remis aux autorités américaines le 18 juin. Le 225e avion est livré le 18 juin 1956, en avance de douze jours sur la date du contrat. Au total 411 appareils sont fabriqués et livrés, de 1954 à 1958. 114 sont équipés du Rolls Royce Tay, et tous les autres (dont les modèles d’exportation) de l’Hispano-Suiza Verdon 350 (version plus puissante du Tay). Au plus fort de sa production, 25 appareils par mois sortent de l'usine de Mérignac.
Le Mystère IV B est le premier appareil français à franchir le mur du son en vol horizontal. Dix prototypes seront construits, dont cinq avec un réacteur SNECMA Atar 101 F-2 de 3800 kg de poussée, deux avec un Atar 101 G-2 de 4400 kgp et les autres de Rolls-Royce Avon RA-7 de 4300 kgp. Il effectue son premier vol le 16 décembre 1953. Le pilote d’essai Constantin « Kostia » Rozanoff trouva la mort à bord du Mystère IV B 01 lors d’un vol de présentation à basse altitude en 1954. Une commande de l'appareil en série est annulé au profit du Super Mystère B2.
Pressentant le besoin d'un chasseur de nuit pour l'armée de l'Air, Dassault proposa le Mystère IV N, version biplace du IV B mais équipée d'un radar de recherche et de tir pour la chasse de nuit. Le fuselage est modifié (l'entrée d’air est placée en dessous du fuselage) car il est prévu de loger le radar dans le nez à la manière du F-86D américain. Une commande de 2 prototypes fut officiellement passée le 1er mai 1954. Celle du 2e prototype sera résiliée quatre mois plus tard.
Bénéficiant de nombreux composants de cellules et d’équipements des Mystère IV A et B, le Mystère IV N 01 a effectué son premier vol le 19 juillet 1954 à Melun-Villaroche. Quelque temps après il franchit la vitesse de Mach 1,1. Hormis le fait qu'il soit le seul et unique exemplaire de son type, cet appareil reste célèbre grâce au record de vitesse pure féminin obtenu par Jacqueline Auriol le 31 mai 1955, avec 1 151 km/h sur une base de 12 300 km, détrônant ainsi celui de l'américaine Jacqueline Cochran.
C’est finalement le Vautour de la SNCASO qui est choisi par l'Armée de l'Air qui bénéficie par ailleurs, dans le cadre de l'OTAN, de 60 avions F-86K à des conditions très avantageuses. Grâce à son excellente stabilité en vol et à son installation en biplace, il devient un parfait avion de servitude. Différents types de radars furent montés et évalués, notamment l'Aladin et l'Aïda qui équipera plus tard l'Etendard.