В 1940 году компания Allison усовершенствованный мотор V-1710-39 с новым, более компактным редуктором. Для двигателя допускался форсированный режим, несколько улучшились высотные характеристики. Мотор мог развивать мощность 1470л.с.

Этот мотор решили поставить на модернизированный P-40 Tomahawk. Но работа не ограничилась перекомпоновкой капота под новый двигатель. Для варианта Model 87 был создан новый фюзеляж - более низкий и узкий. Сохранилась лишь его общая компоновка. Ось винта за счет нового редуктора оказалась приподнятой, кабина глубже вошла в фюзеляж. Заметно увеличилась площадь боковых окон за местом пилота, что улучшило задний обзор. Из-за того, что винт немного сместился вверх, появилась возможность укоротить стойки. Иная компоновка мотора позволила сдвинуть вперед радиатор, в результате чего образовалась характерная массивная "борода". Но новый мотор вытеснил из-под капота пулеметы. Теперь вооружение самолета состояло из четырех крупнокалиберных пулеметов в крыле за пределами диска винта.

Уже в мае 1940 года, задолго до первого полета нового истребителя, англичане сделали заказ на 560 самолетов, получивших обозначение Kittyhawk I. В армии США истребитель Hawk-87 получил обозначение P-40D, а несколько позже всем модификациям P-40 в США присвоили наименование Warhawk. Первый Kittyhawk взлетел в мае 1941 года.

Вооружение из четырех пулеметов просуществовало недолго. Всего успели выпустить около сорока таких самолетов, а затем в серии появился вариант P-40E с шестью пулеметами калибра 12,7мм. Была усилена бронезащита пилота. Вместо подвесного бака самолет мог нести под фюзеляжем бомбу весом 500 фунтов. Позже под крыльями поставили держатели, позволявшие брать еще две стофунтовые бомбы. Бомбить можно было и с пикирования под углом до 70°.

Новый двигатель и улучшенная аэродинамика обеспечили прирост скорости практически во всем диапазоне высот, увеличение дальности полета. Но из-за увеличения веса уменьшилась скороподъемность, снизился потолок, ухудшились пилотажные характеристики. Другими словами, проделанные доработки повышали ценность самолета как штурмовика, но ограничивали возможность ведения воздушного боя.

Первые истребители-бомбардировщики Kittyhawk начали поступать в Великобританию в сентябре 1941 года. Почти все эти самолеты были направлены в Африку или переданы английским домионам. Устаревшие итальянские истребители Fiat CR.42 и G.50 не могли угнаться за более быстрыми P-40, а вот современные Macchi MC.202 и Messerschmitt Bf.109 представляли для них большую опасность. Оставалось надеяться лишь на хорошую бронезащиту и высокую живучесть машины. Для облегчения самолетов, англичане иногда снимали пару пулеметов.

В начале 1942 года истребители Kittyhawk появились в Советском Союзе. В первую очередь они передавались на пополнение частям, уже имевшим самолеты Tomahawk. Боевое применение самолетов старались планированть с учетом его сильных сторон: мощное вооружение, большую дальность и продолжительность полета, живучесть, хорошее радио- и приборное оборудование. Поэтому самолеты использовались в ПВО, для бомбовых и штурмовых ударов, для сопровождения и разведки.

Во второй половине войны большая часть самолетов Kittyhawk была направлена в систему ПВО. Малопригодный для боя с вражескими истребителями, Kittyhawk за счет скорости и мощного вооружения мог эффективно бороться с бомбардировщиками противника. Большая продолжительность полета на крейсерском режиме позволяла барражировать над охраняемом объектом или районом. Однако небольшой потолок и низкая скороподъемность ограничивали возможности самолета и в этой роли.

Нередко самолеты этого типа использовались в качестве истребителей-бомбардировщиков. Возможность применения этих машин для бомбометания была особенно ценна в 1942 году, в связи с острой нехваткой на фронте бомбардировочной авиации. Kittyhawk мог брать одну 250-кг или даже 500-кг бомбу, либо одну 250-кг под фюзеляжем и две "сотки" под крылом. Под крылом также можно было подвесить четыре РС-82.

Весной 1942 части, сражающиеся под Ленинградом, испытывали острую нехватку запасных моторов Allison. Поэтому в полевых условиях до 40 машин были переделаны под советские моторы М-105П, хотя такая вынужденная переделка ухудшила характеристики самолета.

В СССР самолеты Kittyhawk применялись до конца войны. Кроме P-40E, на вооружение ПВО и авиации флота поступали и более поздние модификации. Всего их поступило в советскую авиацию около 2200 штук.

В конце 1940 года компания Curtiss предприняла попытку улучшить высотные характеристики своего истребителя путем установки английского мотора Rolls-Royce Merlin 28 с двухскоростным приводным нагнетателем. Летом 1941 года этот двигатель поставили на серийный P-40D. После успешных испытаний самолет в январе 1942 года был запущен в серию под обозначением P-40F (Kittyhawk II). Внешне самолет отличался несколько измененной нижней частью капота и отсутствием воздухозаборника над двигателем - воздух к карбюратору поступал снизу. На серийные самолеты ставили американский вариант двигателя, который выпускался в США по лицензии фирмой Packard.

Более поздние серии самолета P-40F имели маленький форкиль для улучшения курсовой устойчивости. Чуть позже эту проблему окончательно решили за счет удлинения хвостовой части фюзеляжа, сдвинув киль назад относительно горизонтального оперения. Около 100 таких машин было передано в СССР. Двигателями Merlin оснащался и появившийся в 1943 году экспортный вариант P-40L. Этот самолет был несколько легче P-40F за счет снятия двух пулеметов, переднего бензобака и уменьшения боезапаса.

Летом 1942 года была запущена в серию еще одна модификация P-40K (Kittyhawk III). Это был усовершенствованный вариант Р-40Е с новым двигателем Allison V-1710-73 взлетной мощностью 1325л.с. Летные характеристики его мало отличались от Р-40Е. Самолеты модификации P-40K в основном предназначались для поставок союзникам по ленд-лизу. Немало машин этого типа попало и в Советский Союз. География применения самолетов P-40 обширна: от Аляски на севере и до Австралии на юге, от Тихого океана и до Средиземного моря, от льдов Северного океана и до пустынь Африки.

В 1943 году появилась модификация P-40M с более мощным мотором Allison V-1710-81 взлетной мощностью 1200л.с. От P-40K эти самолеты можно отличить по дополнительной перфорированной пластине, расположенной перед выхлопными патрубками. Все P-40M предназначались для Великобритании, хотя часть из них досталась и американской истребительной авиагруппе. В свою очередь, англичане передали часть своих машин P-40M Советскому Союзу в счет английских обязательств по поставкам боевой техники.

В 1943 году была предпринята еще одна попытка существенной модификации P-40. Новый вариант P-40N (Kittyhawk IV) предназначался для поставок союзникам - США к этому времени уже располагали достаточным количеством современных истребителей. Основной упор в новой модификации был сделан на экономию веса. На истребителе внедрили алюминиевые радиаторы, облегченные диски колес, убрали передний бак и два пулемета, уменьшили боезапас. При этом же моторе V-1710-81, что и у P-40M, самолет P-40N был на 300кг легче. Соответственно, улучшились и его характеристики. P-40N был заказан огромной серией - более 6000 экземпляров, хотя далеко не все они были реально собраны.

На более поздних сериях вооружение из шести крупнокалиберных пулеметов и подкрыльные точки подвески бомб все же восстановили. Новое остекленение кабины улучшило обзор назад. На самолетах внедрили неметаллические самозатягивающиеся баки, новую кислородную систему. P-40N довольно широко применялись американцами на Тихом океане, в Северной Африке и Италии как истребители-бомбардировщики и штурмовики. Часть машин попала в Великобританию и СССР.

Самолет P-40 был достаточно простым в управлении и его учебных вариантов практически не выпускалось. Серийно выпущены лишь тридцать TP-40N, у которых за обычным местом пилота располагалась кабина инструктора, снабженная перископом для улучшения обзора вперед. Несколько подобных машин было оборудовано и в полевых условиях.

Производство истребителей-бомбардировщиков Warhawk закончилось осенью 1944 года и самолеты начали постепенно исчезать с фронта. После войны они были сняты с вооружения практически везде. Всего было выпущено 13738 истребителей Р-40 всех модификаций.

На базе истребителя P-40 в годы войны разрабатывались варианты боевых самолетов XP-60, XP-53 и другие, которые в условиях военного времени не были запущены в производство. P-40 стал последним серийным истребителем фирмы Curtiss, которая в 1948 году прекратила заниматься самолетостроением.