Bf109家族的第二種主要的型號是“F”系列。無線電呼號“Friedrich”，機翼，冷卻系統和機身的形狀都經過了重新設計，裝備功率1,175馬力的DB601 N發動機(F-1、F-2型)或1,350馬力的DB601E發動機(F-3、F-4型)。這些變化使得Bf109發展到了一個新的高度，F系列放棄了機翼上的機關炮，轉而將火力集中到機身向前的指向上：兩挺機槍在裝載引擎後面的一門15或20毫米機炮， 後者射擊時開火通過空心轉軸穿過螺旋槳和減速器。這一個結構沿用到後續的所有型號上。少量的Bf109F在1940年末參加了不列顛戰役，但是真正的大範圍換裝從1941年上半年才開始，全面替換Bf109E。