同时AI雷达的研制进度很快，在美国AI雷达的发展由国防研究委员会负责，下属的微波委员会在麻省理工学院建立了辐射实验室，负责XP-61机载截击雷达的研制。该雷达的英国编号AI-10，美国编号SCR-520，是更新型的厘米波雷达。“SCR”为“Signal Corp Radio”之意，西电公司被责成完善SCR-520的设计并大规模生产。
SCR-520采用了更先进的盘式天线
1941年12月24日陆航下发了100架P-61生产型飞机和备件的购买意向书，1942年1月17日又增加了50架，到1942年2月12日订单已经增加到410架，其中50架将根据租借法案提供给英国皇家空军。
快完成组装的XP-61原型机，机背上的圆坑就是安装炮塔的地方
1942年5月26日XP-61在诺斯罗普机场首飞，试飞员是经验丰富的万斯·布里斯。该机安装两台普惠R-2800-10发动机，单台功率2000马力。全机涂成黑色以适应夜间任务，因此有人根据北美著名毒蜘蛛的名称把该机命名为“黑寡妇”。XP-61翼展20.12米，长14.88米，高4.32米，空重8729千克，总重11408千克，最大起飞重量13095千克。因为通用电气忙于优先级更高的项目，所以原型机的机背炮塔是个模型。
第一架XP-61原型机41-195091942年5月26日XP-61在诺斯罗普机场首飞 XP-61的最大速度为595千米/时（9114米高度），爬升至6096米耗时9分钟，实用升限10089米，最大航程2336千米。
1942年6月中旬诺斯罗普为“黑寡妇”设计了新平尾，来匹配全翼展扎普襟翼。但因扎普襟翼的高造价和制造的复杂性，最终被取消。改用常规襟翼后，XP-61在机翼上表面增加了扰流板。向前打开的扰流板布置在外翼段上表面2/3弦长处，可被视为整个“黑寡妇”项目中最成功的创新之一。有了扰流板的辅助，常规副翼可以做得很短，从而把大部分机翼展长让给襟翼，尽可能降低取消扎普襟翼后的升力损失。扰流板配合副翼可提供有效的低速滚转控制，甚至在失速时仍然有效，当然只凭扰流板也可以提供足够的横向操纵，之所以保留副翼只是为了向习惯于传统飞机操纵感的飞行员提供所谓的“熟悉感觉”。
取消了扎普襟翼后机翼的变化XP-61安装的新型扰流板
1942年5月25日美国政府和诺斯罗普达成协议，在科罗拉多州丹佛的政府工厂生产1200架P-61，到7月底该订单被削减为207架，并改为在诺斯罗普霍桑工厂生产。
1943年8~9月间13架YP-61交付完毕。为了降低炮塔射击时的振动，一些YP-61的炮塔只安装两挺机枪。YP-61一部分留在诺斯罗普进行试飞和维修人员的工厂培训，一部分前往俄亥俄州莱特机场进行使用测试，其余的在佛罗里达州进行作战适用性测试。YP-61没有安装雷达，直到生产型的P-61A才安装了SCR-520雷达的生产型——SCR-720。
全身漆黑的YP-61 41-18878
P-61A
P-61A是“黑寡妇”的第一种生产型，1943年10月第一架P-61A-1-NO下线。该机增加了座舱盖和透明尾椎的隔框数量，YP-61的隔框强度太弱，在高速俯冲的气动压力下有可能导致有机玻璃爆裂。加强后的座舱盖不再具有平滑的外观，折角处更加突兀尖锐。此外原型机上的镁铝合金焊接制造的尾撑也被更传统的铝合金尾撑取代，制造成本更低且易于维护。与XP-61和YP-61的全机黑色涂装不同，P-61A涂上了陆航的标准橄榄绿。
第419夜间战斗机中队的P-61A 42-5507，涂上了陆航的标准橄榄绿P-61A生产型座舱盖的变化
45架P-61A-1-NO中只有前37架在出厂时安装了机背炮塔，其中一个原因是因为是通用电气的遥控炮塔要优先供应B-29，另一个原因是因为P-61A在飞行中升降或旋转炮塔会导致严重的抖振。诺斯罗普进行了大量试飞来解决此问题，但收效甚微。该问题已经严重到许多部队下令把机背炮塔永久锁定在正前方，作为固定机炮使用，这样一来机枪手就无所事事了。还有的P-61A干脆完全拆除了炮塔，在留下的空腔中安装了附加油箱，然后封住顶部的圆洞。甚至还有少数飞机在拆除了炮塔后装上4挺固定机枪，然后盖上一个非标准罩子。上述改装有些是在外场实施的，有些则是由前进军需库改装后再交付作战部队的。
拆除机背炮塔的P-61A
经过改装后的“黑寡妇”，机枪手已经无所事事，所以飞机出任务时他们一般只是待在基地。“黑寡妇”只依靠飞行员和雷达操作员也能很好的完成任务，即便机枪手参加了任务，也只是起到增加一双眼睛的作用。
P-61A的飞行员座舱（左）和雷达操作员座舱（右）
多数P-61A-1-NO装备了太平洋战场的陆航夜间战斗机中队，第6中队首先接收该机。
别看P-61体积硕大，但驾驶起来很温顺，在满载时只凭一台发动机也能完全维持飞行，单发状态下甚至还能做缓慢滚转，别的飞机这样做简直就是自杀。
第422夜间战斗机中队的P-61A-10-NO 42-5565，已经拆除了机背炮塔
P-61A-1-NO 42-5496被提供给皇家空军测试，1944年3月21日~1945年2月22日进行了试飞。皇家空军对该机的性能不是很感冒，从未产生要装备该机的想法，因为他们又全能的德·哈维兰“蚊”夜间战斗机。
P-61A-5-NO批次改进了发动机，使用2250马力的R-2800-65发动机取代了2000马力的R-2800-10。海平面最大速度518千米/时，3048米高度最大速度571千米/时，6096米高度最大速度594千米/时。航程（干净构型）为668千米（6096米高度，513千米/时巡航速度）和1625千米（3048米高度，360千米/时巡航速度）。在挂载副油箱后航程增加到3058千米（3048米高度，356千米/时巡航速度）。爬升至1524米高度耗时2.2分钟，爬升至4572米耗时7.6分钟，实用升限10089米。空重9510千克，正常起飞重量12519千克，最大起飞重量14696千克。翼展20.12米，长14.91米，高4.32米，翼面积61.69平方米。
P-61A的雷达罩实际上是半透明的，内装SCR-720雷达天线 P-61A-10-NO批次换装了带喷水加力的R-2800-65，并改用日后成为“黑寡妇”标志的全机黑色亮光涂装，之前生产的P-61A保留了橄榄绿涂装。该批次总产量120架，其中20架在交付前在外翼段下方增加了一对挂架，既可挂载两个1003升副油箱（后期改为1174升副油箱），也可挂载两枚726千克炸弹，批次号也改为P-61A-11-NO。