Прототип «Мираж- F1-01, оборудованный ТРДФ SNECMA «Атар» 09К тягой 7000 кгс, впервые поднялся в воздух 23 декабря 1966 г. Самолет выгодно отличался от «Миража» IIIЕ увеличенной дальностью, большей боевой нагрузкой, меньшей посадочной скоростью и меньшей длиной разбега и пробега. Если «Мираж» III был типичным перехватчиком, то «Мираж» F1 приобрел новые качества. Время дежурства в воздухе возросло втрое. Вдвое увеличился боевой радиус при нанесении ударов по наземным целям. В то же время, расходы на перевооружение обещали быть минимальными, поскольку самолет унаследовал много конструктивных особенностей предшественника, а двигатель являлся дальнейшим развитием давно отработанного «Атар» 9С.

Испытания «Миража» F1-01 пошли вполне успешно, и в конце апреля 1967 г ВВС Франции подписали с «Дассо» контракт на строительство трех предсерийных образцов прототип как инициативная разработка строился на средства фирмы). Не поколебала решение заказчика и потеря «единички», разбившейся 19 мая 1967 г. в районе Фос-сюр-Мер при отработке демонстрационной программы для парижского авиасалона. Пилот – опытнейший испытатель «Дассо» Рене Биганд – погиб.

Первый предсерийный «Мираж» F1-Q2 вышел на испытания 30 марта 1969 г. Первоначально на нем стоял двигатель «Атар» 9К31 тягой на форсаже 6700 кгс, вскоре замененный модификацией 9К50, выбранной для серийного производства (тяга 7200 кгс). После постройки второго и третьего предсерийных образцов, впервые взлетевших соответственно 18 сентября 1969 г, и 17 июня 1970 г «Мираж» F1-02 передали в распоряжение фирмы «Матра» – ведущего французского производителя авиационного вооружения. Там в качестве летающей лаборатории для отработки УР «воздух-воздух» он использовался до середины 1970-х гг.