Еще на ранних стадиях проектирование самолета P-61 рассматривалась возможность установки турбокомпрессоров с приводом от выхлопных газов двигателей. Тогда турбокомпрессоры установить по различным причинам не удалось, но первый опыт боевого применения истребителей P-61А и P-61В выявил настоятельную необходимость повышения летных характеристик, особенно скорости и потолка. Дать прирост в летных характеристиках могли лишь турбокомпрессоры. Для экспериментов с нагнетателями были взяты планеры двух незаконченных самолетов P-61А: P-61A-5-NO серийный номер 42-5559 и P-61A-10-NO серийный номер 42-5587. На них были поставлены двигатели R-2800-73, оснащенные турбокомпрессорами Дженерал Электрик СН-5; воздушные винты — четырехлопастные фирмы Кертисс Электрик с полыми стальными лопастями. Мощность одного двигателя — 2800 л.с.

Доработанные самолеты получили обозначение XP-61С. Внешне они, помимо воздушных винтов, отличались от P-61A/В видоизмененными капотами моторов дополнительными воздухозаборниками по бокам и обтекателем турбонагнетателя внизу. На верхней и нижней поверхностях крыла имелись перфорированные воздушные тормоза. Модернизация самолета привела к росту массы, взлетная масса составила 18 288 кг, что сразу же породило серьезные проблемы. На испытаниях летчики отметили неудовлетворительную управляемость самолета при взлетной массе более 16 000 кг, значительной возросла взлетная дистанция, а скороподъемность на малой высоте наоборот резко упала по сравнению с серийными P-61A/В.

Несмотря на очевидные недостатки, командование USSAF летом 1945 г. заказало партию из 476 истребителей P-61С. До конца войны фирма Нортроп успела сдать только 41 машину (серийные номера 43-8321 — 43-8361). Серийные самолеты отличались от XP-61С только двигателем — на них стоял мотор R-2800-77, имевший ряд доработок п сравнению с движком 73-й серии. Истребители P-61С не принимали участия в боевых действиях и даже не поступили на вооружение строевых частей. Самолеты использовались по различным программам летных испытаний оборудования, а часть весьма вероятно сразу после приемки USAAF была направлена на базы хранения.

P-61С и XP-61D

Один из двух уцелевших самолетов P-61C выставлен в экспозиции музея ВВС ни авиабазе Райт-Паттерсон, шт. Огайо. Самолет полностью перекрашен под истребитель с собственным именем «Moonlight Serenade» из 550 NFS. Истребители P-61C в боевых действиях участия не принимали.

Оба прототипа XP-61С переделали в вариант XP-61D. На XP-61D стоял флотский вариант двигателя, R-2800-14, турбокомпрессоры СН-5 сохранились. Серийные P-61D должны были комплектоваться четырьмя подкрыльевыми пилонами. Для серийного производства был выбран завод фирмы Гудеа Эйркрафт (Coodyear Aircraft), так как фирма Нортроп была полностью занята работами по стратегическому бомбардировщику В-35. Окончание второй мировой войны поставило точку в развитии модификации P-61D. Прототипы летали в рамках ограниченной испытательной программы.

Второй серийный P-61C, бросаются в глаза воздухозаборники карбюраторов по бокам мотогондол, самолеты предшествующих модификаций таких воздухозаборников не имели. P-61C имел четыре подкрыльевых пилона.

Второй серийный P-61С-1 (серийный номер 43-8322) использовался в качестве самолета сопровождения при летных испытаниях стратегического бомбардировщика Нортроп ХВ-35. После переоснащения реактивными двигателями обозначение бомбардировщики было изменено на ХВ-49.

Самолет XP-61Е строился как дальний истребитель эскорта, способный сопровождать бомбардировщики Стратегического авиационного командования ВВС США в рейдах в глубинные районы Советского Союза. Центральная часть фюзеляжа самолета была полностью перепроектирована. Так как истребитель предназначался для использования в дневное время, то вместо РЛС на нем поставили пулеметы. Экипаж из двух человек располагался тандемом в кабине, закрытой каплеобразным фонарем.

В рамках программы разработки дальнего истребителя сопровождения фирма Нортроп переоборудовала в вариант XP-61Е два серийных P-61B-10-NO (серийные номера 42-39549 и 42-39557). Модификация XP-61Е внешне отличалась от P-61А/В в значительной степени измененной центральной гондолой, которая почти не выступала над верхней плоскостью крыла. Экипаж — два человека: летчик и штурман. Кабина закрыта каплеобразным цельным фонарем. На тот момент изготовленный фирмой Пирспекс фонарь являлся самым большим односекционным фонарем в США. На первом прототипе XP-61 подвижный сегмент фонаря откидывался на петлях вбок, на втором — сдвигался назад. Среднюю и заднюю часть гондолы занимали топливные баки, в носу вместо РЛС были установлены четыре 12,7 мм пулемета и боекомплект к ним. Первый XP-61Е был завершен в январе 1945 г., второй — в марте того же года. Второй прототип разбился в испытательном полете 11 апреля 1945 г., после чего прекратили и полеты первого. ВВС не отказались от желания получить на вооружение эскортный вариант «Вдовы», но видели его как развитие оснащенного турбокомпрессорами P-61С. Фирма Нортроп начала переоборудование в дальний истребитель самолета P-61С серийный номер 43-8338, однако в октябре 1945 г. заказ на него со стороны USAAF был аннулирован.

Первый полет XP-61E состоялся в январе 1945 г. Всего изготовили два XP-61E, обе машины были переоборудованы из недостроенных P-61В-10.

Второй прототип XP-61Е отличался от первого измененным расположением вооружения: пулеметы стояли горизонтаьно в линию, а не квадратом, как на первом прототипе. Фонарь кабины сдвигался назад, а не откидывался вбок, как на первом прототипе.

Первый прототип XP-61E был модернизирован в фоторазведывательный вариант XF- 15A в июне 1945 г. Вместо пушек в носовом отсеке фюзеляжа устанавливлись аэрофотоаппараты, при этом конструкцию носовой части пришлось несколько изменить. Пер вый полет самолет XF-15А выполнил 3 июля 1945 г.

Девять самолетов F-15А были задействованы в исследовательской программе Тандерсторм. Они несли обозначения такие же как и принимавшие участие в этой программе самолеты P-61, только «Вдовы» были черными, а «Репортеры» имели цвет неокрашенного металла. В 1948 обо значение дальнего фоторазведчика изменилось с F-I5A па RF-61C.