美国海军订购了两架实验型的XF4H-1和五架预生产型的YF4H-1。原型机于1958年5月27日首次试飞，飞行员是罗伯特·C·利特。首飞中由于液压系统的问题，使得起落架未能正常收起，但后续飞行中这一问题没有再出现。在检查了最初几次试飞的数据后，工程师对进气道进行了重新设计，包括在进气道增加小型引气口。该机和XF8U-3「十字军III」的竞争也是如火如荼。1958年12月17日，美国海军宣布F4H获胜，主要考虑是F4H的双座设计有利于减轻飞行员的负担。由于J79-GE-8发动机未能按时交货，首批量产的F-4安