Хотя MD.454 Mystere IV внешне напоминал своего предшественника MD.452 Mystere II, это был абсолютно новый проект, с улучшенной аэродинамикой, оптимизированной для полетов на сверхзвуковых скоростях. Самолет имел фюзеляж овального сечения, более тонкое крыло с большим углом стреловидности, а также хвостовое оперерение новой конфигурации. Первый прототип Mystere IVA взлетел в сентябре 1952 года.

Благодаря своим отличным характеристикам, самолет был выбран комитетом НАТО в качестве европейского многоцелевого истребителя и первый заказ на 225 самолетов был оплачен США в рамках программы взаимопомощи НАТО. Первый серийный самолет Mystere IVA взлетел в конце мая 1954 года, и в следующем году он был принят на вооружение ВВС Франции в качестве истребителя-перехватчика, а затем он использовался и как истребитель-бомбардировщик. Всего для ВВС Франции было построено 325 машин.

Первые 50 серийных машин оснащались двигателями Tay 250, а все последующие - двигателями Hispano Suiza Verdon 350 с тягой 3500кгс. Mystere IVA имел четыре подкрыльевых узла подвески, на общую нагрузку до 900кг. Как и у большинства ранних реактивных самолетов, боевой радиус действия Mystere IVA без ПТБ был мал, поэтому типично на внутренних держателях подвешивалисб два ПТБ, а на внешних - бомбы или пусковые устройства для 68-мм неуправляемых ракет.

Истребитель Mystere IV оставался основным боевым самолетом французских ВВС до начала шестидесятых годов, а затем его сменил многоцелевой истребитель Mirage IIIC. Но в качестве истребителя-бомбардировщика Mystere IVA оставался на вооружении до 1975 года и еще до 1980 года использовался как учебно-тренировочный.

Израиль приобрел 60 самолетов Mystere IVA, первая партия которых прибыла в Израиль в апреле 1956 года - как раз к началу боевых действий в районе Суэцкого канала. В руках опытных израильских пилотов они оказались достойным противникам египетским истребителям МиГ-15. В войне 1956 года поучаствовали и Mystere IVA ВВС Франции, действовавших с израильских авиабаз с обозначениями эскадрилий израильских ВВС. Две эскадрильи Mystere IVA принимали участие в Шестидневной войне 1967 года.

В 1957 году ВВС Индии заказали 110 истребителей Mystere IVA с двигателем Verdon 350. Эти самолеты использовались как истребители-бомбарбировщики в ходе Индо-Пакистанской войны 1965 года и зарекомендовали себя надежными и неприхотливыми машинами. В 1971 году они участвовали в очередном Индо-Пакистанском конфликте. В середине семидесятых годов их сменили истребители-бомбардировщики Су-7Б.

Семейство истребителей Mystere продолжало развиваться. Вариант Mystere IVB, оснащенный двигателем с форсажной камерой, стал первым французским самолетом, преодолевшим звуковой барьер в горизонтальном полете. Первый прототип с двигателем Rolls-Royce Avon RA-7R с форсажной камерой и тягой на форсаже 4330кгс взлетел в декабре 1953 года. Следующий прототип с двигателем Avon взлетел в июне 1954 года. Третий прототип был оснащен двигателем Atar 101F и совершил первый полет в марте 1955 года. Затем было построено семь предсерийных прототипов, но в серию Mystere IVB так и не пошел, потому что кампания Dassault уже работала над более совершенным истребителем Super Mystere.

В 1954 году совершил первый полет двухместный ночной истребитель Mystere IVN. Он был оснащен ТРД Avon RA 7R, крылья были удлинены на 1.4м, в носовом отсеке над воздухозаборником была установлена РЛС APG.33. Перехватчик был вооружен двумя 30-мм пушками и выдвижной пусковой установкой на 55 68-мм неуправляемых ракет. В результате самолет получился похожим на американский перехватчик F-86D Sabre Dog. Испытания самолета продолжались до 1955 года, но из-за проблем с РЛС и малой продолжительности полета проект ночного истребителя на базе Mystere IV был закрыт.