幻影Ⅲ在试飞中表现的优异性能使法国空军欣喜若狂，法国空军立即订购了10架预生产型幻影ⅢA，幻影ⅢA比幻影Ⅲ原型机足足长了2米，机翼面积也为此增加了17.3%，展弦比减小至4.5%，装一台阿塔09B发动机，不开推力43.2千牛，加力推力58.9千牛，保留了SEPR火箭助推器，首架预生产型1958年5月12日首飞，在1958年10月的试飞中首次达到2马赫的最大速度，达索对该机冲刺更高的速度充满信心，在作了充分准备后，该机不负重望，在次年6月的试飞中最大飞行速度达到2.2马赫，成为欧洲第一种飞行速度超过2马赫的作战飞机。达索将后6架作为生产型生产，装备了汤姆逊-CSF公司的西拉诺空中截击雷达，装备法国空军战斗机部队。澳大利亚在得知达索研制了高性能的战斗机后，立即联系达索公司并提出了购买意向。为了测试该机性能，澳大利亚政府请达索将一架幻影Ⅲ改装英国罗?罗公司的埃汶67发动机，该型发动机推力71.1千牛(属于英联邦的澳大利亚装备英制武器，装备埃汶发动机有利于后勤维护)，改装后飞机编号为幻影ⅢO，1961年年初就进行了试飞，不过最终还是没有采用埃汶。幻影ⅢO这个编号被得以保留，后来澳大利亚在引进了幻影ⅢE后，继续使用这个编号。下图为幻影ⅢA。
幻影ⅢC
幻影Ⅲ的正式生产型号为幻影ⅢC，1960年10月投产，和A型相比，该机机身加长了0.5米左右，装备一台阿塔09B.3发动机，军用推力4250千克，加力推力6000千克。发动机有一个超速系统，在飞机飞行速度超过1.3马赫时，该系统就自动链接。为了延长航程，该机可以吊挂625升、1100升、1300升和1700升的副油箱。固定武器为两门30毫米德发转管炮，每门备弹量125发，机炮位于进气道下方，德发机炮成为幻影Ⅲ的标准装备，后期生产的幻影Ⅲ都保留了德发机炮。早期生产的幻影ⅢC只有3个挂点，机身中心线1个，每侧机翼挂点下1个，后期生产的C型在每个机翼外侧加装了1个挂点，通常用来挂载响尾蛇空空导弹。该机的主要电子设备为机头的西拉诺截击雷达，用于制导机身下的玛特拉R511或者玛特拉R530空空导弹。在执行截击任务时，该机通常的武器挂载方案为两枚响尾蛇空空导弹加一枚马特拉R530。
幻影ⅢC是作为截击机使用的，所以早期其外挂武器只有玛特拉R-530和早期型号的响尾蛇空空导弹，对地攻击武器早期则只有无制导炸弹和各型火箭弹；后期生产的玛特拉魔术空空导弹性能明显优于响尾蛇，所以红外制导导弹都换成了魔术。后期又增加了激光制导炸弹，可以发射Durandal反跑道武器，马特尔空地导弹等一系列空对地武器，该机的对地攻击性能也大大增强。
虽然保留推力1680千克的SEPR-841火箭发动机，但在装火箭发动机时就必须去掉机炮，以用来装火箭发动机的燃料TX-2。而且从高空突袭的轰炸机似乎并不受欢迎，加装火箭发动机似乎也没有多少使用价值，如果不用火箭发动机就可以加装副油箱以延长航程。所以后期生产的幻影Ⅲ去掉了火箭发动机，并加装了腹鳍，后来还加装了着陆勾，可以在前线机场实现短距着陆。
该机采用了悬臂式下单翼，机翼装有锥形扭转盒，采用全金属抗扭盒形结构和带加强肋的机架整体壁板，靠近机翼前缘处有铰接在上下翼面上的小型扰流片。可收放式前三点起落架，主轮和前轮均为单轮，座舱盖以铰链形式连接，向后打开，马丁?贝克公司的RM.4零高度弹射座椅。达索认为战斗机在高强度的空战中可靠性将是影响作战性能的最大因素，为此机上的空调系统和液压系统均采用双套备用系统。
1961年开始向法国空军交付，法国空军共接收了95架，该机一直使用到了1988年。由于性能优异，幻影还出口到了瑞士，以色列，南非等国。出口型在细节设计上并没有多少的差异，而只是在型号编号上加上了购买国的首字母，如出口到瑞士的为幻影ⅢCS，以色列为幻影ⅢCJ,南非幻影ⅢCZ。
以色列购得幻影ⅢC后，首开幻影空战纪录，1963年8月以色列空军飞行员驾驶幻影ⅢC在巡逻中击落了2架叙利亚的米格-17，后续战果中还包括2倍音速的米格-21，使幻影ⅢC名声大扬。在1967的“六日战争”中，以色列空军把幻影ⅢC的性能发挥到了极限，该年6月5日，以色列空军倾巢出动，以迅雷不及掩耳之势轰炸了埃及、约旦和叙利亚空军的机场，以色列飞行员用幻影ⅢC上的机炮和法制反跑道炸弹把三个国家的军用机场炸得千疮百孔，以色列大获全胜。价格低廉的幻影ⅢC在战争中的出色表现给世人留下了深刻的印象，达索和幻影也就在这时开始出名。大批的订单开始涌向达索公司，各国空军迫切想感受这种无尾翼三角翼的战斗机带来的优异性能。
幻影ⅢE和幻影ⅢR
在幻影ⅢC投入生产后，达索开始考虑在该机基础上开发一种多功能战斗机而不是继续研制纯粹的截击机，这就是后来的远程战斗轰炸机幻影ⅢE。达索共制造了3架原型机，首架原型机1961年4月首飞。
和幻影ⅢC相比，前机身延长了30厘米，因为增加了许多机载航电设备，其中通信系统包括TR-AP-22超高频无线电台以及TR-AP-28甚高频电台，无线电导航设备包括AN/ARN-52C塔康等。同时针对在使用中发现的幻影ⅢC存在的航程短的问题，E型机增加了机身燃油量，达到了3330升。有些批次的幻影ⅢE在座舱下方加装有一具马可尼公司的连续波多普勒导航雷达。
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