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Le prototype "Mirage 2000-B01" fait son premier vol le 11 octobre 1980 et est transféré au CEV le 15 avril 1981. Il participe à de nombreux essais notamment pour valider la formule biplace et l'emport du missile ASMP, puis plus tard pour tester les équipements destinés au Mirage 2000-5. L'avion est retiré du service en 1996.

Sur le plan structurel, la voilure du Mirage 2000N est quasiment identique à celle des Mirage 2000C/2000B, et le fuselage est directement dérivé de celui du Mirage 2000B avec des différences d'aménagement interne liées aux équipements spécifiques embarqués. Le poste de pilotage arrière est occupé par un Navigateur Officier Systèmes d'Armes (NOSA, équivalent du Warfare Systems Officer des pays anglophones), qui dispose néanmoins des commandes lui permettant de piloter l'avion.

Le premier prototype "Mirage 2000 N01" fait son vol inaugural le 3 février 1983 et effectue de nombreux essais pour valider les différences avec le Mirage 2000B, l'emport et le largage d'armements, ainsi que le SNA et le SDT. L'avion vole jusqu'en mars 1990, et sera ré-utilisé par la suite pour les essais du Mirage 2000D (voir ci-dessous).

Le second prototype "Mirage 2000 N02" fait son vol inaugural le 21 septembre 1983 : les souris d'entrée d'air sont désormais fixes (limitant la vitesse à Mach 1,5), tandis que les systèmes de CME et d'autoprotection sont améliorés. Destiné à valider les procédures spécifiques d'emploi du missile ASMP, l'avion vole jusqu'à fin avril 1990 et sera lui aussi ré-utilisé par la suite pour les essais du Mirage 2000D (voir ci-dessous).

À la fin des années 1980, l'Armée de l'air française lança le développement d'une version capable de larguer des bombes guidées laser et des missiles air-sol par tous les temps, tout en conservant la capacité ASMP. Désignée Mirage 2000D, cette version est dérivée du Mirage 2000N avec un système de navigation et d'attaque amélioré, un système de suivi de terrain amélioré, des modifications de capteurs et d'antennes, un renforcement de la structure pour emporter des charges plus lourdes, et l'ajout d'un lance-leurres sur le dos. L'avion est également capable d'emporter des nacelles de désignation laser.

Le premier prototype "Mirage 2000 D01" (ex-Mirage 2000 N01 modifié) fait son vol inaugural le 19 février 1991 pour commencer la validation des nouveaux systèmes embarqués. Il est suivi un an plus tard par le second prototype "Mirage 2000 D02" (ex-Mirage 2000 N02 modifié, premier vol le 24 février 1992).

Cette rénovation a aussi permis de récupérer les 37 radars RDI remplacés par le RDY et de remettre à niveau les 37 Mirage 2000C qui avaient été livrés avec le radar RDM.

Deux versions légèrement différentes, appelées Mirage 2000-5 Mk.2 et Mirage 2000-9 et dotées de capacités multirôle (possibilité de configuration mixte air-air/air-surface), ont été dérivées du Mirage 2000-5 et commandées par la Grèce et les Émirats arabes unis (EAU) respectivement.

Mise en service

Le premier Mirage 2000N de série fait son vol inaugural le 3 mars 1986, capable seulement de missions nucléaires ASMP limitées. Les livraisons à l'Armée de l'air française commencent début 1987 et, en septembre de cette même année, pilotes et mécaniciens de l'escadron de chasse 1/4 Dauphiné commencent leur formation. Le 30 mars 1988, les premiers Mirage 2000N rejoignent leur base d'origine, la base aérienne 116 Luxeuil-Saint Sauveur. Les premiers escadrons sont déclarés opérationnels en juillet 1988 (escadron de chasse 1/4 Dauphiné) et juillet 1989 (escadron de chasse 2/4 La Fayette).

Le premier Mirage 2000D de série fait son vol inaugural le 31 mars 1993 et l'escadron de chasse 1/3 Navarre est déclaré opérationnel fin 1993, suivi par l'escadron de chasse 3/3 Ardennes mi-1994.