Cobra byla úspěšným závodním autem Carrolla Shelbyho, s nímž započala úspěšná soutěžní historie vidlicového osmiválce Ford s malým blokem. Ford v roce 1964 pověřil Shelbyho, aby připravil podobné auto na základech nového silničního Mustangu s použitím totožného motoru o zdvihovém objemu 4,7 litru. Za tímto účelem byly tři Mustangy GT s karoserií fastback z brzkého období výroby zaslány na adresu společnosti Shelby American v Kalifornii. Měly se stát prvními dvěma závodními vozy a prvním produkčním modelem určeným pro homologační proces.

Jelikož byl nový závodní vůz určený třídě SCCA B Production, bylo jen málo prostoru pro rozvoj Mustangu. Výkonný ředitel SCCA John Bishop řekl Shelby, že mají na výběr, jestli upraví podvozek a brzdy, nebo motor. Pro úspěšnou kvalifikaci do třídy B Production nemohl mít Mustang obojí. Sériový motor byl již poměrně silný a tak Carroll Shelby rozhodl, že by se situace měla vyřešit úpravou odpružení a brzd.

Prvním krokem bylo odlehčit produkční Mustang na potřebné minimum, kvůli čemuž byla odstraněna velká část interiéru včetně zadních sedadel. Dalších kilogramů se konstruktéři zbavili nahrazením těžké kovové kapoty dílem ze skelného vlákna. Stejný materiál se použil při výrobě nového nárazníku, jehož pomocí bylo vylepšeno chlazení motoru a brzd, zatímco blatníky byly mírně rozšířené, aby poskytly dostatek prostoru novým kolům o šířce sedmi palců. Místo běžných oken bylo použito lehké plexisklo.

Lidé ze Shelby osadili podvozek Mustangu tlumiči Koni, vyztužili zadní část karoserie rozpěrami a namontovali výkonnější brzdy. Pod kapotou byl uložený vidlicový osmiválec „High-Performance“ či „HiPo“, který v základní podobě produkoval nejvyšší výkon 271 koní. Pro použití v ostřejším Mustangu byl však upravený velkým čtyřkomorovým karburátorem Holley, s nímž produkční varianta dosahovala až 306 koní. Závodní vozy „R“ byly poháněné nepřiškrcenou specifikací motoru, která dokázala vyvinout výkon od 340 do 360 koní. Taková hnací síla si vyžádala robustní čtyřstupňovou převodovku Borg Warner T-10.

Výsledek usilovného vývoje se oficiálně představil v lednu 1965 a nesl jméno Shelby GT350. Pro úspěšnou závodní homologaci bylo zapotřebí vyrobit alespoň 100 exemplářů. Výroba začala v podobě běžných Mustangů, které byly shromažďovány na mezinárodním letišti v Los Angeles, odkud byly přepravovány do dílny úpravce, kde byly dokončeny použitím komponentů Shelby. Silniční vůz byl dostupný pouze v bílé barvě s modrými pruhy a logem GT350 na boku. Jednou z mála příplatkových položek v ceníku se staly ikonické rychlé pruhy.

Závodní vůz GT350 R k dispozici za cenu 5 950 dolarů, což bylo o 1 500 dolarů více, než zákazníci zaplatili za běžný produkční GT350. Vzhledem k vysoké ceně závodního speciálu vzniklo pouze 36 exemplářů (včetně dvou prototypů), protože se mnoho zákazníku vydalo cestou pořízení silniční varianty, kterou následně upravili do soutěžní podoby použitím některých nebo všech samostatně prodávaných dílů Shelby. Společnost stihla během roku 1965 smontovat více než 500 exemplářů GT350 a zároveň experimentovala s přeplňováním pomocí kompresoru Paxton. Výroba Shelby GT350 pokračovala ještě několik dalších let, ale pozdější modely byly luxusnější než první dva závodně laděné ročníky a více se podobaly pozdějšímu typu GT500.

Oficiální testovací jezdec Shelby American Ken Miles debutoval s GT350 R v polovině února roku 1965 na závodní trati Green Valley Raceway v Texasu. Při prvním ostrém nasazení nového speciálu vyhrál třídu B Production a dojel do cíle na celkovém druhém místě. A to byl jen začátek úspěšné sezóny. GT350 R dokázal během šampionátu vyhrát v pěti ze šesti divizí SCCA. K dalším úspěšným závodníkům za volantem vozu patřili Jerry Titus, Mark Donohue a Pedro Rodriguez.

Americká autopůjčovna Hertz objednala více než 1 000 kusů modelového ročníku 1966 se záměrem, že svým klientům nabídne něco nezvyklého. Všechny vozy označené GT350 H byly dekorovány zlatými pruhy. Už velmi brzy začali zákazníci nabídku využívat jako snadný způsob, jak krátkodobě a levně získat auto pro účast v malých závodech. Kvůli tomu si Hertzovy Mustangy získaly přezdívku „rent-a-racer“ a často se vracely se sjetými pneumatikami a zbytky lepidla po sundaných startovních číslech. Hertz se pokusil řešit situaci použitím automatické převodovky namísto manuální krátce poté, co dorazilo prvních 80 vozů.

Přestože je GT350 prvním z mnoha Mustangů upravených společností Shelby, dlouhodobě se řadí k nejslavnějším a nejlepším počinům. Původní model ročníku 1965 se dnes mezi sběrateli řadí k nejvyhledávanější ze všech variant Fordu Mustang.