Rapidement, de nouveaux volets sont installés pour améliorer la manoeuvrabilité de l'appareil en combat aérien. Un détecteur d'alerte radar est ajouté au sommet de la dérive à partir du 71e exemplaire. Enfin, à partir du 84e exemplaire, une perche de ravitaillement en vol est montée en série. Cette perche est fixe mais peut être démontée au sol. Les exemplaires qui en sont pourvus sont désignés Mirage F1 C-200.
Initialement, le seul armement disponible est le missile air-air à moyenne portée Matra R530. À la fin des années soixante-dix arrivent les Matra R550 Magic – missiles à courte portée alors installés sur des rails montés en bout d'aile – et le Matra Super 530 F, version nettement améliorée du Matra R530.
Plusieurs versions font peu à peu leur apparition :
le Mirage F1 A, appareil monoplace d'attaque diurne destiné à l'export, équipé d'un radar Aida II, d'une perche de ravitaillement en vol rétractable et d'un système de navigation et d'attaque par temps clair comprenant en particulier un télémètre radar. L'avion emporte plus de carburant interne que le Mirage F1 C.
le Mirage F1 B, appareil biplace d'entrainement allongé de trente centimètres pour permettre l'installation d'un second siège, avec capacité en carburant réduite et canons de trente millimètres supprimés.
le Mirage F1 CR, appareil monoplace de reconnaissance tactique destiné à remplacer les Mirage III R et RD. Le canon droit est remplacé par un capteur infrarouge. L'avion dispose d'un emplacement sous le nez pour une caméra panoramique (Oméra 40) ou verticale (Oméra 33), d'un nouveau système de navigation et d'attaque ainsi que toute une série de pods externes de reconnaissance (caméras, radars, etc.). Le prototype fait son premier vol le 20 novembre 1981 et l'avion entre en service en juillet 1983.

