«Битва за Англию» стала экзаменом для всех Королевских ВВС. По сравнению с Bf 109Е — главным соперником «Спитфайра Mk.I» — английский истребитель был немного быстрее на высотах до 4500 м и немного медленнее на высотах более 6000 м. Практически на всех высотах и скоростях «Спитфайр» превосходил «Мессершмитт» на горизонтали, зато «Мессершмитт» превосходил «Спитфайр» на вертикали. Но упомянутые различия между обоими истребителями были минимальны. В реальном бою гораздо сильнее ощущались тактическое превосходство: кто первым заметил противника, кто имел преимущество в высоте, кто зашел со стороны солнца, у кого лучше координированы действия, и т. д.

«Спитфайр» отрывался от «Мессершмитта», уходя в вираж. «Мессершмитт» отрывался от «Спитфайра», уходя в пике. «Мессершмитт», оснащенный двигателем с непосредственным впрыском топлива, увереннее проводил резкие маневры, тогда как «Спитфайр», оснащенный поплавковым карбюратором, неуверенно себя чувствовал в резких маневрах. Столкнувшись с этой проблемой специалисты из «Роллс-Ройса» и в Фарнборо лихорадочно искали выход в создавшейся ситуации. Такое решение удалось найти, но быстро внедрить его не смогли.

Чтобы лично ознакомиться с проблемами боевого применения самолета, Джеффри Квилл в августе-сентябре 1940 года служил в составе 65-й эскадрильи в Хорнчерче. 16 августа он сбил Bf 109, а 18 участвовал в коллективной атаке на Не 111. Вернулся он на фирму с четким представлением о том, что нужно изменить в конструкции самолета. Важнее всего было наладить работу элеронов при пикировании с большой скоростью. При скорости больше 640 км/ч элероны, по сути, блокировались, и пилоту приходилось прикладывать огромные усилия, чтобы хоть немного отклонить их от нейтрального положения. (Надо заметить, что на Bf 109 имелась та же проблема).

Причину блокировки элеронов на большой скорости вскоре удалось установить. Воздушный поток выгибал матерчатую обшивку элерона вверх, при этом задняя кромка элерона становилась толстой и парусила. Было решено заменить матерчатую обшивку элеронов металлической. В ноябре 1940 года Квилл облетал самолет с новыми элеронами и нашел, что проблема практически решена. «Спитфайр» с металлическими элеронами направили в Тангмер, где его принял командир 602-й эскадрильи Сэнди Джонстоун. Вскоре он составил рапорт, в котором отметил: «Эффективность новых элеронов возросла настолько, что я бы не поверил, если бы сам не испытал самолет». Тут же началась замена элеронов на всех самолетах.

Вернувшись на завод, Квилл доложил о плохом обзоре назад. Многие пилоты были сбиты прежде чем заметили севшего на хвост противника. Он предложил два решения: одно временное, другое кардинальное. Временное решение предусматривало установку фонаря, выгнутого не только вверх, но и по бокам, так чтобы пилот мог заглядывать назад. Кардинально решить проблему с обзором назад Квилл предлагал, оснастив истребитель каплевидной кабиной. Это предложение Квилла внедрили в конструкцию самолета лишь четыре года спустя.

После дополнительной доработки самолет «Спитфайр Mk.IB» в ноябре 1940 года направили в 92-ю эскадрилью. Для пушки разработали специальный жесткий лафет, поэтому ее надежность заметно возросла. Но «битва за Англию» уже фактически закончилась и пушечные «Спитфайры I» одержали лишь единичные победы. В качестве компромиссного варианта предложили вооружить самолет двумя пушками и четырьмя пулеметами калибра 7,7 мм. Эту схему опробовали на самолете Х4257 летом и осенью 1940 года. Позднее такая схема вооружения стала основной и применялась на подавляющем большинстве истребителей «Спитфайр».

На базе «Спитфайра Mk.I» создали ряд специализированных вариантов, в том числе «Спид Спитфайр» и целое семейство разведывательных машин. Некоторые модификации затронули только по одной машине. На базе R6722 создали поплавковый гидросамолет (хотя он так никогда и не взлетал с воды). Самолет К9791 претерпел целый ряд переделок, получая разные винты, деревянные макеты пушечного вооружения, подвесные бензобаки под крыльями. Самолет Р9565 получил один 180-литровый бензобак под левым крылом.

Выпуск «Спитфайра I» продолжался фирмой «Супермарин» до марта 1941 года, когда его заменил «Спитфайр V». В июле-сентябре фирма «Уэстленд Эйркрафт Лтд» в Йеовиле построила еще 50 самолетов в рамках контракта, заключенного годом раньше. Всего построили 1556 «Спитфайров I».

Летом 1937 года появилась идея создать на базе «Спитфайра» рекордный самолет. В то время мировой рекорд скорости среди самолетов принадлежал американскому миллионеру Говарду Хьюзу, который на спортивном самолете «Хьюз Н-1» развил скорость 566 км/ ч. Этот рекорд оказался не так далек от скорости «Спитфайра», правда на большей высоте. Но условия соревнования требовали, чтобы самолет двукратно пролетел в обоих направлениях маршрут длиной 3 км, на высоте не более 75 метров. Результатом была средняя скорость этих четырех полетов. Прототип «Спитфайра» в таких условиях показывал скорость всего 467 км/ч.

Конечно, самолет требовалось доработать, но побить рекорд на «Спитфайре» было вполне возможно. На фирме «Роллс-Ройс» начали работу над рекордной модификацией двигателя «Мерлин». 7 августа стандартный «Мерлин II» проработал четыре минуты с давлением во впускном тракте 12,4 гПа на специальной смеси, составленной из бензина первой перегонки, бензола и метанола с примесью тетраэтилсвинца. При этом двигатель развил скорость 1557 л.с./1145 кВт при 2850 об./мин. Это было более чем на 30 % больше мощности, развиваемой двигателем на 87-октановом бензине.

Тем временем, 11 ноября Герман Вурстер на рекордном Bf 109 развил скорость 610 км/ч. Но во время совещания в Министерстве авиации, состоявшемся 25 ноября, решили, что «Спитфайр» может побить и этот рекорд. Двигатель «Роллс-Ройс» по оценкам мог развить мощность порядка 2000 л.с./1471 кВт. При этом скорость «Спитфайра» составила бы 620 км/ч. В итоге, Министерство авиации согласилось финансировать проект.

В качестве исходного образца выбрали 48-й серийный «Спитфайр» (К9834), который в этот момент находился на ранней стадии сборки на заводе в Вулстоне. Самолет назвали «Спид Спитфайр», т. е. «скоростной Спитфайр». Машину оборудовали усиленной моторамой, способной выдержать повышенный крутящий момент двигателя. Для охлаждения мотора самолет оснастили глубоким радиатором с удлиненным туннелем, заканчивающимся у задней кромки крыла. При этом укоротили правый закрылок. Возникла небольшая асимметрия, которая была настолько незначительна, что не создавала каких-либо проблем. Под левым крылом установили масляный радиатор большего диаметра. Пулеметные станки, стойку радиостанции и ракетницу на самолет не поставили, а соответствующие отверстия закрыли обшивкой. Вся обшивка крепилась заклепками с потайными головками, хвостовое колесо заменили костылем обтекаемой формы. На самолет установили удлиненный обтекаемый фонарь. Размах крыла уменьшили до 10,26 м, законцовки крыльев скруглили. Форсированный двигатель агрегатировали с четырехлопастным винтом диаметром 3,05 м и большим шагом. Диаметр винта уменьшился на 0,20 м по сравнению с винтом прототипа, это позволило избежать проблем с околозвуковыми явлениями на крыльях. Предполагалось, что после тщательной шпаклевки всех щелей и полировки поверхности сопротивление планера при скорости 110 км/ч составит 237 Н, тогда как у серийного истребителя сопротивление равнялось 268 Н. Масса модифицированного самолета составила 2490 кг, то есть на 136 кг больше, чем у стандартного.

В январе 1938 года «Мерлина» форсировали до 1821 л.с./1339 кВт при 3200 об./ мин и давлении во впускном тракте 14,5 гПа. В мае двигатель развивал уже 2151 л.с./ 1582 кВт при 3200 об./мин и 19,3 гПа, а в июне двигатель уже мог в течение 15 минут выдавать мощность 2130 л.с./1567 кВт.

Но оппоненты тоже не дремали. 6 июня Не 100 поставил новый рекорд, пройдя замкнутый маршрут протяженностью 100 км со средней скоростью 634 км/ч. Это уже находилось на пределе теоретических возможностей «Спитфайра», а самолет все еще не был готов.