Lorsque la relève des Mirage III fut étudiée, Marcel Dassault travailla sur 2 solutions différentes : celle du décollage vertical avec le Mirage III V et celle de l'aile en flèche hyper-sustentée, avec les Mirage III F. Le but était d'obtenir un appareil capable de se passer des longues pistes vulnérables à un bombardement. Les appareils obtenus avaient débouchés sur des échecs.

Cependant, à l'époque, l'envergure variable semble être une solution, et bon nombre d'appareils l'utiliseront. En 1964, l'Armée de l'air et la Marine demandent à Dassault d'étudier un tel concept.

L'équipe de Jean-Jacques Samin et Jean-Paul Emoré réutilise donc la cellule du Mirage F2 et son réacteur, en y greffant une aile à géométrie variable, ce qui donne le Mirage III G. En février 1965, le projet est accepté par le Ministère des Armées. Une maquette est présentée au salon du Bourget la même année.

Le point le plus difficile reste le mécanisme proprement dit, le pivot d’aile est finalement situé légèrement à l’extérieur du fuselage. Ce mécanisme est protégé par plusieurs brevets Dassault. A l'époque, le programme franco-britannique AFVG (Anglo-French Variable-Geometry), est à l'étude, et donnera par ailleurs le Tornado… Une commande officielle pour un prototype est notifiée le 18 octobre 1965.

Les épures sont aussitôt tracées et la construction démarre dès janvier 1966. Le prototype est présenté à une délégation de BAC, puis au salon du Bourget en 1967.

Cet appareil vole pour la première fois le 18 novembre 1966 aux mains de Jean Coureau, la flèche calée à 20°. Il atterrit à 205 km/h. Depuis les premiers dessins, il ne s'est passé que 2 ans. Pour son 5e vol, le 24 novembre, il dépassa Mach 1 avec une flèche calée à 55°. Au 9e vol, même à pleine charge soit 15020 kg, il décolle en 450 m pour atteindre Mach 1,6.

L'appareil atteint Mach 2,1 en trois semaines, le 8 décembre, avec l'aile en flèche maximale de 70°. En deux mois d'essais en vol, on a défriché un domaine de vol compris entre 108 noeuds et Mach 2.1, et découvert que les ailes sont manœuvrables sous 3 G. Il est transféré au CEV en 1969.

Cependant, l’Armée de l’Air lance le programme RAGEL (Reconnaissance, Attaque, Guerre Electronique Lointaine). Elle ne se satisfait plus du monoréacteur propulsé d'ailleurs par un réacteur américain, mais veut un appareil biplace, équipé de deux Atar 9K50. L'étude en est confiée à l'équipe de Jean-Claude Brabant le 15 septembre 1967. En 1968, 2 prototypes du Mirage G4 sont commandés. Une commande de 60 exemplaires, destinés à la frappe nucléaire, est envisagée. Les appareils seront limités à Mach 2.2, mais doivent pouvoir évoluer à Mach 2.5 une fois équipés des futurs moteurs M53.

Ils sont encore en cours de production lorsque que de nouveaux changements de spécifications interviennent : on veut cette fois un appareil monoplace, dédié à la supériorité aérienne, avec une distance franchissable moindre, afin que l'appareil soit moins cher, et même éventuellement exportable. A la fin de 1968, le projet Mirage G4 est abandonné.

Ils sont alors rebaptisés Mirage G-8 : le G4-01 devient le G8-01 biplace et le G4-02 devient le G8-02 monoplace. Ils sont équipés d’Atar 9K50 tandis que les appareils de série devront être équipés de M-53.

Jean-Marie Saget, qui avait participé aux essais du Mirage G, fait décoller le Mirage G8-01 pour la première fois le 8 mai 1971, et atteint Mach 2,03 à son 4e vol. L'appareil se pose à seulement 219 km/h. Il effectue également le premier vol du Mirage G8-02 le 13 juillet 1972. Un an plus tard exactement, à son 74e vol, l’appareil bat le record de vitesse européen (hors URSS) en franchissant Mach 2,34 à 42.000 pieds, avec toujours Jean-Marie Saget aux commandes. Ce record n'a jamais été battu depuis.

Malgré tout, l’appareil est trop cher et inadapté aux missions demandées, la formule de l’envergure variable trop complexe. Le dernier vol aura lieu le 22 novembre 1974 et le projet est donc abandonné le 18 décembre 1975. Le G8-01, qui a effectué plus de 200 vols jusqu'en juillet 1973, est visible au Musée du Bourget. Le G8-02, qui a effectué 125 vols et possédait un système d'arme, à Montélimar.

Le prototype du Mirage III G, lui, fut perdu dans un accident le 13 janvier 1971 à Istres. Son pilote, Jean Coureau, pu s’éjecter. Le Mirage III G avait totalisé 400 vols et accumulé 316 heures de vol. L’US Navy, l’USAF et la RAAF avaient envoyé des pilotes pour tester l’appareil, dont ils ont apprécié les performances ainsi que les qualités de vol.