Den nye prototypen var ferdig på høsten 1943 og produksjonen begynte i august 1944. K-varianten hadde få ytre tegn som skilte den fra G-serien. Det nye Galland-dekslet til cockpiten (oppkalt etter jageresset Adolf Galland) som gav bedre utsyn var standard på K-varianten, men ble også etterinstallert på mange G-jagere. Bevæpningen var en 30 mm MK 108 bak propellen og to 13 mm mitraljøser over nesen. Ekstra 20 mm kunne henges på vingene for ekstra slagkraft mot bombefly. K-varianten var den raskeste av alle tyskproduserte Bf 109 med 715 km/h ved 7 500 meters høyde.