El 15 de junio de 1945 realiza su primer vuelo el XP-82, un curioso interceptor de largo alcance formado por dos fuselajes de P-51H alargados. Las misiones previstas eran las de dar escolta a los B-29 que bombardeaban Japón, pero la terminación de la guerra después del ataque nuclear a Hiroshima y Nagasaki, dejó al P-82 huérfano de su misión principal.

Las buenas características del avión en cuanto a su velocidad, alcance y armamento hicieron que el P-82 fuese el último caza con motor a pistón que entrase en servicio en la fuerza aérea norteamericana. Curiosamente, el mismo avión que motivó su diseño como escolta, fue el que hizo que se construyese en serie para poder combatirle.

La URSS presentó cuatro ejemplares de su bombardero Tu-4, una copia del B-29, en el desfile de 1947. Los observadores norteamericanos comprendieron que estos aviones podían suponer una amenaza directa contra Estados Unidos, y estudiaron una defensa, basada en Alaska que pudiese interceptarlos en su camino al objetivo.

EL desarrollo de cazas todo tiempo a reacción se retrasó, y de esta forma el P-82, que nació como caza de escolta, se convierte en caza nocturno con capacidades de intercepción todo tiempo gracias al emplazamiento de un radar AN/APG-28 para versión F-82F y un modelo SCR-720C18 para el modelo G. Estos aviones también introducen modificaciones importantes, como la de reservar la cabina derecha para el operador radar y la izquierda para el piloto (En las primeras versiones las dos cabinas eran pilotables). El radar estaba situado colgado del ala central, entre los dos fuselajes. La mayor parte de las unidades se basaron en Alaska y en el sudeste asiático.

En el estallido de la guerra de Corea, en junio de 1950, los F-82 estuvieron disponibles inmediatamente para misiones de caza y de ataque a tierra. De hecho, las tres primeras victorias norteamericanas en la guerra fueron conseguidas por los F-82. Sin embargo su obsolescencia estaba muy clara en cuanto comenzaron a aparecer los MiG-15 norcoreanos. Los F-82 desaparecieron de teatro coreano en 1951, siendo sustituido por F-94 Starfire. Un total de 22 F-82 se perdieron en Corea, los que la mitad de debieron a acción enemiga.

Los F-82 en servicio en Alaska se mantuvieron en servicio hasta 1953, a pesar de la falta congénita de piezas de repuesto, que hacía muy difícil mantener suficiente número de unidades en primera línea. También comenzaron a ser sustituidos por los F-94A, y desaparecen de los inventarios de la fuerza aérea en noviembre de 1953.

En total se fabricaron 273 P/F-82, incluyendo 22 prototipos, aviones de prueba y primeras producciones. El cambio de nomenclatura se produjo en 1948 para de ser P (Pursuit) a F (Fighter). Todos los modelos fueron fabricados en la factoría de North American en Inglewood, California.