Spitfire Mk.V став результатом доопрацювання базової моделі Mk.I шляхом встановлення нового, потужнішого двигуна Merlin 45, який давав максимальну форсажну потужність 1470 л. с. на висоті 2820 метрів. Прототип літака піднявся у повітря у грудні 1940 року.

Варіант Vb став першою суттєвою модернізацією Спітфайра, - для її створення використовувався досвід, отриманий під час Битви за Британію в 1940 році. У цьому варіанті, окрім нового двигуна Merlin 45, в результаті заміни чотирьох 7,69-мм кулеметів на дві 20-мм гармати було змінено профіль крила (були додані обтічні блістери на верхню та нижню поверхні крила). Для ефективного застосування літака в пустелі під носом літака були встановлені великі повітряні фільтри, а також збільшені мастильні радіатори. У пізніх варіантах моделі Vb також було змінено конструкцію ліхтаря кабіни — він став більш обтічний. літак, Що Вийшов, зовні сильно відрізнявся від «зализаних» форм винищувача ППО Spitfire Mk.I.