Опыт применения в небе Франции и Британии тем не менее нашел отражение при дальнейшей модернизации. К числу усовершенствований относились помимо прочего усиление бронезащиты, частичное изменение формы фонаря, предусмотрена возможность установки дополнительного подвесного топливного бака. В то же время доработки приводили к значительному увеличению массы планера, что в свою очередь требовало новых усовершенствований. Результатом стало появление в конце 1940 года модификации Bf.109F, получившей прозвище «Фридрих».
Несколько изменились очертания машины – на самолет был установлен более совершенный с точки зрения аэродинамики капот, новый увеличенный кок винта, в то же время уменьшилась площадь руля направления и размах крыла, которое получило округлые законцовки. С целью улучшения аэродинамики был предпринят и ряд иных мер – таких как установка убирающегося хвостового колеса, снижение лобового сопротивления радиаторов, отказ от подкосов стабилизатора. Вместо двух крыльевых пушек MG FF истребитель получил более совершенную мотор-пушку «Mauser» MG 151 калибра 15 мм, стреляющую через вал винта, что, хотя заметно снизило массу секундного залпа, но улучшило маневренность и положительно влияло на точность огня. Кроме этого, самолет получил новый 1350-сильный двигатель DB-601E-1.
В свою очередь, «Фридрих» также подвергался усовершенствованиям. С начала 1942 года был создан ряд субмодификаций: Bf.109F-3, с двигателем DB.601Е, использовавшим 87-октановый бензин вместо 96-октанового; Bf.109F-4, на котором калибр мотор-пушки был увеличен с 15 до 20 мм; Bf.109F-4В, оснащенный подфюзеляжным держателем для 250-кг бомбы и использовавшийся для ударов по прибрежным объектам на территории Британии. Поскольку установка одной пушки, по мнению ряда летчиков, снизила огневую мощь истребителя, появилась субмодификация Bf.109F-4/R1, вооружение которой было усилено двумя 20-мм пушками MG151 в подкрыльевых гондолах. Правда, ценой стало ухудшение летных качеств и управляемости самолета, в итоге повышение возможностей при борьбе с бомбардировщиками привело к утрате превосходства в бою против истребителей противника. Еще одной немногочисленной субмодификацией стала Bf.109F-4/R6, оснащенная узлом подвески для 300-литрового топливного бака, одной 250-килограммовой или – через переходник – четырех 50-килограммовых бомб.
Дальнейшее развитие Bf.109 сопровождалось преимущественно наращиванием мощности двигателя и вооружения. Установка 1475-сильного мотора DB-605A увеличила скорость истребителя модификации Bf.109G («Густав») до 650 км/ч. Серия Bf.109G-6 получила 30-мм пушку MK 103, кроме того, применялись комбинации