McDonnell Douglas F-4 Phantom II

Tổng quan

F-4 Phantom II đầu tiên được thiết kế như là máy bay tiêm kích bảo vệ hạm đội và Hải quân Hoa Kỳ được đưa vào sử dụng năm 1960. Đến năm 1963 nó cũng được Không quân Hoa Kỳ sử dụng làm máy bay tiêm kích-ném bom. Cho đến khi ngưng sản xuất vào năm 1981, 5.195 chiếc F-4 Phantom II đã được sản xuất, và là loại máy bay siêu thanh quân sự Hoa Kỳ được sản xuất nhiều nhất. F-4 cũng giữ kỷ lục là máy bay được sản xuất liên tục lâu nhất trong suốt 24 năm cho đến khi F-15 Eagle ra đời. Sự cải tiến của F-4 bao gồm việc áp dụng radar cải tiến sử dụng xung Đốp-lơ và việc sử dụng rộng rãi hợp kim Titan cho khung máy bay.
Mặc dù có kích thước ấn tượng và trọng lượng cất cánh tối đa lớn (27.000 kg), F-4 vẫn có khả năng đạt đến tốc độ siêu thanh 2,23 Mach và có thể lên cao được 210 mét mỗi giây. Chỉ một thời gian ngắn sau khi giới thiệu, F-4 đã lập 16 kỷ lục thế giới, bao gồm kỷ lục tốc độ bay tuyệt đối 2.585,086 km/h (1.606,342 dặm mỗi giờ), và độ cao kỷ lục 30.040 m (98.557 ft). Mặc dù các kỷ lục được lập trong những năm 1959-1962, nhưng năm trong số các kỷ lục về tốc độ vẫn không bị phá vỡ cho đến năm 1975.
F-4 có thể mang được trên 8.480 kg (18.650 lb) các loại vũ khí ở 9 đế gắn trên thân và cánh, bao gồm: tên lửa không đối không, tên lửa không đối đất, các loại bom có và không điều khiển, bom hạt nhân. Vì chiếc F-8 Crusader (Thập tự quân)
đã được dùng trong cận chiến, chiếc F-4 được thiết kế không trang bị pháo, giống như những chiếc máy bay tiêm kích đánh chặn khác vào thời ấy. Kinh nghiệm không chiến tại Bắc Việt Nam dẫn đến việc sử dụng Phantom II trong cả Hải quân và Không quân Hoa Kỳ như là máy bay tiêm kích ưu thế trên không chủ yếu. Cánh to và động cơ mạnh mẽ tạo cho nó có tính năng cạnh tranh chống lại những chiếc MiG nhỏ hơn, đồng thời sĩ quan hệ thống vũ khí (WSO - weapons systems officer/phi công 2) giúp phát hiện máy bay đối phương trong tầm nhìn hay bằng radar.
Vì phục vụ rộng rãi trong quân đội Hoa Kỳ và các nước đồng minh, F-4 là một biểu tượng của thời kỳ Chiến tranh Lạnh. F-4 tham gia Chiến tranh Việt Nam và xung đột Ả-rập Israel, trong đó ghi được 393 lần bắn rơi máy bay đối phương cũng như hoàn thành vô số phi vụ yểm trợ mặt đất. F-4 cũng là máy bay chiến đấu cuối cùng của Mỹ trong thế kỷ 20 tạo nên "Ách" (phi công bắn rơi được từ 5 máy bay địch trở lên): Trong chiến tranh Việt Nam, Không quân có 1 phi công và 1 sĩ quan hệ thống vũ khí, và Hải quân có 1 phi công và 1 sĩ quan theo dõi radar (RIO: Radar Intercept Officer) đạt danh hiệu "Át". F-4 còn có vai trò trinh sát chiến thuật và chiến đấu khống chế phòng không đối phương (Wild Weasel: Chồn hoang), vốn được sử dụng cho đến Chiến dịch Bão táp Sa mạc vào năm 1991.
F-4 Phantom II cũng là kiểu máy bay được cả hai nhóm Thao diễn máy bay Hoa Kỳ lựa chọn: Nhóm Thunderbirds của Không quân (F-4E) và nhóm Blue Angels của Hải quân (F-4J) đều chọn trang bị Phantom II vào năm 1969, nhóm Thunderbirds bay trong 5 năm và nhóm Blue Angels 6 năm.
Tính năng bay siêu thanh Mach 2 với tầm xa và mang bom nặng của F-4 Phantom II trở thành khuôn mẫu cho thế hệ máy bay chiến đấu tiếp sau ở tầm hạng nặng hay tầm hạng trung/nhẹ tối ưu cho phi vụ ban ngày. Trong Không quân Hoa Kỳ, F-4 được thay thế bởi F-15 Eagle và F-16 Fighting Falcon, và bởi F-14 Tomcat và F/A-18 Hornet trong Hải quân, vốn tiếp tục vai trò kép tiêm kích-tấn công. Chiếc General Dynamics F-111 thay thế Phantom trong vai trò ném bom tầm trung.
Về chi phí, mỗi chiếc F-4E có giá 2,4 triệu USD (thời giá năm 1965, tương đương 18,6 triệu USD thời giá năm 2017). Mỗi chiếc RF-4C có giá 2,3 triệu USD (thời giá năm 1965, tương đương 17,9 triệu USD thời giá năm 2017). Mức giá này khá cao so với máy bay chiến đấu thời bấy giờ. Để so sánh, chiếc F-86 trong thời chiến tranh Triều Tiên (năm 1950) có giá tương đương 2,3 triệu USD thời giá năm 2017. Như vậy, F-4E đắt gấp 8 lần so với người tiền nhiệm của nó.

Thiết kế và phát triển

Nguồn gốc của McDonnell F-4 khởi đầu bởi một yêu cầu của Hải quân từ năm 1953 về một phiên bản nâng cấp cho chiếc máy bay tiêm kích McDonnell F3H Demon hoạt động trên tàu sân bay. Mặc dù chiếc F8U Crusader của Vought được chọn thắng thầu, kiểu Super Demon (tên mà McDonnell đặt cho chiếc tham gia thầu) được phát triển thành loại máy bay tấn công mặt đất dưới tên gọi AH, và đến năm 1955 được phát triển thành loại máy bay tiêm kích chiếm ưu thế trên không hoạt động trong mọi thời tiết được đặt tên là F4H. Chiếc F4H bay lần đầu tiên năm 1958 và được sản xuất từ năm 1959 đến năm 1981. Dave Lewis là tác giả chính của thiết kế sơ thảo ban đầu, và sau này là quản lý chương trình phát triển và tiếp thị chiếc máy bay.

Super Demon

Năm 1953, McDonnell Aircraft bắt đầu cải tiến chiếc máy bay tiêm kích Hải quân F3H Demon của họ, tìm kiếm những khả năng mở rộng và tính năng bay tốt hơn. Công ty tiến hành nhiều dự án, bao gồm các kiểu F3H-E gắn động cơ Wright J67, F3H-G gắn hai động cơ Wright J65, và F3H-H gắn hai động cơ General Electric J79. Kiểu gắn động cơ J79 hứa hẹn một tốc độ tối đa lên đến 1,97 Mach. Ngày 19 tháng 9 năm 1953, McDonnell đề nghị với Hải quân Hoa Kỳ về một kiểu "Super Demon". Điểm độc đáo là, chiếc máy bay được thiết kế theo cụm - cho phép trang bị một hoặc hai chỗ ngồi cho những nhiệm vụ khác nhau; cũng như những kiểu mũi máy bay khác nhau để gắn radar, máy ảnh, bốn pháo 20 mm, hoặc 56 rocket không điều khiển FFAR bổ sung vào 9 đế gắn vũ khí dưới cánh và dưới thân. Hải quân cảm thấy khá hứng thú nên đặt hàng một mô hình tỉ lệ thật của chiếc F3H-G/H, nhưng cũng cảm thấy những chiếc Grumman XF9F-9 và Vought XF8U-1 sắp có đã đủ thỏa mãn nhu cầu về một chiếc máy bay tiêm kích siêu thanh.
Vì vậy, thiết kế của McDonnell được làm lại thành một máy bay tiêm kích-ném bom hoạt động trong mọi thời tiết với 11 đế gắn vũ khí bên ngoài, và đến ngày 18 tháng 10 năm 1954, công ty nhận được dự định mua hai chiếc nguyên mẫu YAH-1. Đến ngày 26 tháng 5 năm 1955, bốn viên chức Hải quân đã đến văn phòng công ty McDonnell và, trong vòng một giờ, trình bày một bản yêu cầu kỹ thuật hoàn toàn mới. Vì Hải quân đã có chiếc A-4 Skyhawk làm nhiệm vụ tấn công mặt đất, và chiếc F-8 Crusader để đối đầu cận chiến, chương trình giờ đây phải đáp ứng nhu cầu về một chiếc máy bay tiêm kích đánh chặn bảo vệ hạm đội hoạt động trong mọi thời tiết. Việc trang bị radar mạnh mẽ tính năng cao đòi hỏi phải có phi công phụ.

Nguồn gốc Phantom

Năm 1952, Trưởng phòng Khí động học của hãng McDonnell là Dave Lewis được Chủ tịch hãng J.S. McDonnell bổ nhiệm làm Giám đốc Thiết kế Sơ bộ. Vì trước mắt chưa có cuộc cạnh tranh thiết kế nào, các nghiên cứu nội bộ cho thấy Hải quân sẽ có nhu cầu lớn nhất về một kiểu máy bay hoàn toàn mới và khác biệt, máy bay tiêm kích tấn công. Vào thời đó, Hải quân có các dòng máy bay tiêm kích và tấn công riêng biệt, với các hệ thống và yêu cầu hoạt động khác nhau. Sau nhiều lần lặp đi lặp lại về nhiều "giả định khả năng của đối phương", một kiểu máy bay tiêm kích tấn công "không mong muốn" được trình bày cho Hải quân. Thiết kế của McDonnell yêu cầu cấu hình hai động cơ, vũ khí đối không căn bản là loại tên lửa đối không mới Sparrow III xếp được một phần trong thân. Vũ khí đối đất là càng nhiều bom có thể mang được trên đế cánh và trên thân giữa các quả tên lửa. Nó không được trang bị pháo. Phải mất hai năm làm việc vất vả với Cơ quan Hàng không (Bureau of Aeronautics) và Bộ phận Chiến tranh trên không của Hải quân tại Lầu Năm Góc, nhưng chiếc F-4 được đặt hàng với cấu hình tương tự như được đề xướng ban đầu.

Nguyên mẫu XF4H-1

Chiếc XF4H-1 được thiết kế để mang được bốn tên lửa không-đối-không xếp được một phần AAM-N-6 Sparrow III dẫn đường bằng radar và gắn hai động cơ J79-GE-8. Giống như chiếc F-101 Voodoo, động cơ được gắn lùi trong thân dành tối đa chỗ bên trong để chứa nhiên liệu, và lấy không khí vào qua cửa hút khí dạng cố định. Cánh mỏng chéo góc 45° và được trang bị cánh phụ để dễ điều khiển ở vận tốc thấp.
Để tránh phải thiết kế lại phần khung giữa máy bay làm bằng titan, các kỹ sư McDonnell đã hướng phần ngoài cánh lên một góc 12° thay vì phải đặt góc 5° cho cả phần cánh. Cánh cũng được trang bị mấu "răng chó" để tăng cường điều khiển ở góc tấn lớn. Cánh đuôi ngang di động toàn phần được hướng xuống một góc 23° để dễ điều khiển ở góc tấn công lớn và làm trống đường thoát khí động cơ. Thêm vào đó, cửa hút khí được gắn những dốc di động để điều hòa luồng khí nạp vào động cơ ở tốc độ siêu thanh. Khả năng chiến đấu đánh chặn trong mọi thời tiết có được là nhờ hệ thống radar AN/APQ-50. Để hoạt động được trên tàu sân bay, các càng đáp được thiết kế để chịu được sức ép hạ cánh với độ nhún đến 7 m/s (23 ft/s), và thanh chống bánh trước có thể nâng được 50 cm (20 in) để tăng góc tấn khi cất cánh. Thử nghiệm trong hầm gió cho thấy có sự mất ổn định bên, buộc phải nâng góc hai cánh lên thêm 5°.

Đặt tên máy bay

Chiếc F4H ban đầu được đề nghị những tên như là "Satan" hay "Mithras." Dưới sức ép của chính phủ, chiếc máy bay được đặt cái tên ít bị tranh luận hơn, "Phantom II," chiếc "Phantom" đầu tiên là một kiểu máy bay phản lực khác cũng của McDonnell, chiếc FH-1.

Bay thử nghiệm

Ngày 25 tháng 7 năm 1955, Hải quân đặt hàng hai chiếc máy bay thử nghiệm XF4H-1 và năm chiếc máy bay tiêm kích tiền sản xuất YF4H-1. Phantom bay chuyến bay đầu tiên ngày 27 tháng 5 năm 1958 do phi công Robert C. Little điều khiển. Một sự cố kỹ thuật về hệ thống thủy lực khiến không thể thu lại càng đáp nhưng những chuyến bay sau suôn sẽ hơn. Những thử nghiệm đầu tiên đưa đến việc thiết kế lại cửa hút gió động cơ, bao gồm việc thêm vào 12.500 lỗ hút gió đặc trưng trên mỗi dốc, và chiếc máy bay nhanh chóng vượt qua kiểu Vought XF8U-3 Crusader III. Do lượng công việc nặng nhọc cho phi công, Hải quân đã yêu cầu một kiểu máy bay hai chỗ ngồi, và đến ngày 17 tháng 12 năm 1958 đã công bố chiếc F4H là kiểu thắng thầu. Do những sự chậm trễ trong việc phát triển động cơ J79-GE-8, chiếc máy bay sản xuất đầu tiên được trang bị động cơ J79-GE-2 và -2A có đốt sau với lực đẩy 16.100 lb (71,8 kN). Năm 1959, Phantom bắt đầu được thử nghiệm trên tàu sân bay, và việc cất cánh-hạ cánh thực hiện lần đầu tiên ngày 15 tháng 2 năm 1960 trên tàu sân bay USS Independence.

Đưa vào sản xuất

Rất sớm trong quá trình sản xuất, radar được nâng cấp lên kiểu lớn hơn AN/APQ-72, nên cần thiết phải thay đổi kiểu dáng mũi bầu tròn, và nóc buồng lái được thiết kế lại để khoang phía sau đỡ bị tù túng hơn. Trong quá trình sử dụng Phantom còn trải qua rất nhiều cải tiến và biến đổi khác, được tóm tắt trong phần "Các phiên bản" bên dưới.
Không quân Hoa Kỳ nhận những chiếc Phantom do hậu quả của những áp lực từ Robert McNamara muốn có một kiểu máy bay tiêm kích thống nhất cho các binh chủng trong quân đội. Sau khi chiếc F-4B chiến thắng chiếc F-106 Delta Dart trong cuộc bay loại mang tên Chiến dịch Highspeed, Không quân Mỹ mượn hai chiếc F-4B Hải quân, tạm thời gọi chúng là F-110A Spectre vào tháng 1 năm 1962, và phát triển những đặc tính riêng cho phiên bản của họ. Không như Hải quân chú tâm vào tính chất tiêm kích đánh chặn, Không quân nhấn mạnh đến vai trò tiêm kích-ném bom. Theo Hệ thống Định danh máy bay Thống nhất các binh chủng Hoa Kỳ (1962) do McNamara đề nghị vào ngày 18 tháng 9 năm 1962, chiếc Phantom trở thành F-4 trong đó phiên bản Hải quân là F-4B và phiên bản Không quân là F-4C. Chiếc Phantom Không quân bay lần đầu tiên ngày 27 tháng 5 năm 1963, vượt quá tốc độ Mach 2 ngay trong chuyến bay mở màn.
Việc sản xuất chiếc Phantom II chấm dứt tại Mỹ năm 1979 sau khi 5.195 chiếc được chế tạo (5.057 bởi McDonnell Douglas và 138 chiếc do Mitsubishi chế tạo tại Nhật Bản), là kiểu máy bay phản lực quân sự Hoa Kỳ đứng thứ hai về số lượng được sản xuất và xuất khẩu (chiếc F-86 Sabre vẫn giữ được kỷ lục là kiểu có số lượng dẫn đầu). Trong số đó, 2.874 chiếc của Không quân, 1.264 chiếc dành cho Hải quân và Thủy quân Lục chiến, và số còn lại cho các khách hàng nước ngoài. Chiếc F-4 cuối cùng chế tạo tại Mỹ được giao cho Thổ Nhĩ Kỳ, trong khi chiếc F-4 cuối cùng là chiếc F-4EJ được lắp ráp bởi Mitsubishi Heavy Industries tại Nhật Bản năm 1981. Tính đến năm 2001, còn khoảng 1.100 chiếc Phantom đang được sử dụng trên khắp thế giới, kể cả những chiếc QF-4 giả lập mục tiêu do Quân đội Mỹ sử dụng.

Lái chiếc Phantom

Trong không chiến, ưu thế lớn nhất của chiếc Phantom là lực đẩy, cho phép một phi công kinh nghiệm có thể tham chiến hay rời bỏ cuộc chiến theo ý thích.
Chiếc máy bay to lớn được thiết kế để bắn tên lửa không-đối-không ngoài tầm nhìn điều khiển bằng radar, thiếu mất sự nhanh nhẹn của những đối thủ Xô Viết, và phải chịu đựng sự chệch hướng ngược khi cơ động mạnh. Cho dù điều này có thể dẫn đến vòng xoáy không hồi phục khi lộn vòng bằng cánh lượn, phi công báo cáo chiếc máy bay vẫn rất cởi mở và dễ lái cho dù đạt đến tính năng bay gần tối đa. Năm 1972, kiểu F-4E được nâng cấp với thanh slat nơi mép trước cánh giúp cải thiện đáng kể độ cơ động ở góc tấn lớn bằng cách hy sinh đôi chút tốc độ tối đa.
Động cơ J79 tạo ra một lượng thừa thải khói đen ở chế độ bay chiến đấu làm chiếc Phantom dễ bị nhận diện từ xa, một điểm bất lợi nặng khi không chiến cùng các máy bay nhỏ hơn. Phi công có thể hạn chế khói đen bằng cách sử dụng chế độ đốt sau của động cơ, nhưng làm giảm hiệu quả nhiên liệu.
Điểm yếu lớn nhất của F-4, như được thiết kế ban đầu, là không có một khẩu pháo gắn trong. Trong một thời kỳ ngắn, học thuyết cho rằng chiến đấu lượn vòng không thể thực hiện ở tốc độ siêu thanh và ít có nỗ lực nào nhằm hướng dẫn phi công cơ động không chiến. Trong thực tế, việc tiếp chiến nhanh chóng trở nên dưới tốc độ âm thanh. Hơn nữa, các tên lửa tầm nhiệt và điều khiển bằng radar tương đối mới vào thời đó thường được báo cáo là kém tin cậy và phi công thường phải bắn nhiều phát mới trúng được một mục tiêu duy nhất. Để vấn đề trở nên tồi tệ hơn, quy luật tiếp chiến tại Việt Nam loại trừ việc tấn công bằng tên lửa tầm xa trong đa số các tình huống, và việc nhìn thấy mục tiêu thường được yêu cầu. Nhiều phi công ở ngay sát đuôi máy bay đối phương nhưng lại quá gần để có thể bắn tên lửa tầm ngắn Falcon hay Sidewinder. Cho dù vào năm 1967 Những chiếc F-4C Không quân bắt đầu được trang bị cụm súng bên ngoài SUU-16 hay SUU-23 mang một khẩu pháo M61 Vulcan Gatling 20 mm, buồng lái của Không quân lại không trang bị bộ ngắm súng máy tính, nên gần như sẽ bắn trượt khi bay cơ động. Một số máy bay Thủy quân Lục chiến mang hai cụm như thế để càn quét mặt đất. Ngoài việc làm giảm tính năng bay do gia tăng lực cản, thực tế chiến đấu cho thấy pháo gắn ngoài không chính xác, mà lại không hiệu quả kinh tế so với tên lửa. Việc thiếu sót một khẩu pháo sau cùng được giải quyết nhờ gắn thêm một khẩu pháo M61 Vulcan 20 mm bên trong thân trên phiên bản F-4E.

Hải quân Hoa Kỳ

Vào ngày 30 tháng 12 năm 1960, Phi đội VF-121 ‘’’Pacemakers’’’ trở thành đơn vị đầu tiên trang bị Phantom với những chiếc F4H-1F (F-4A). Phi đội VF-74 "Be-devilers" tại Căn cứ không lực Hải quân Oceana là phi đội Phantom đầu tiên được bố trí hoạt động khi nó nhận những chiếc F4H-1 (F-4B) ngày 8 tháng 7 năm 1961. Phi đội hoàn tất tiêu chuẩn hoạt động Phantom trên tàu sân bay vào tháng 10 năm 1961 và được bố trí trên tàu USS Forrestal trong khoảng tháng 8 năm 1962 đến [[tháng 3 năm 1963. Đơn vị thứ hai của Hạm đội Đại Tây Dương được nhận Phantom là Phi đội VF-102 "Diamondbacks" đã được nhận máy bay mới ngay trong quá trình chạy thử của chiếc tàu sân bay mới Enterprise. Phi đội đầu tiên của Hạm đội Thái Bình Dương được trang bị F-4B là Phi đội VF-114 "Aardvarks", tham gia chuyến đi trong tháng 9 năm 1962 trên chiếc Kitty Hawk.
Vào lúc xảy ra Sự kiện Vịnh Bắc bộ, 13 trong tổng số 31 phi đội đang bố trí của Hải quân đã được trang bị kiểu này. F-4B từ tàu sân bay Constellation thực hiện phi vụ chiến đấu đầu tiên của Phantom trong Chiến tranh Việt Nam vào ngày 5 tháng 8 năm 1964, bay hộ tống máy bay ném bom trong Chiến dịch Pierce Arrow. Chiến công không chiến đầu tiên của Phantom trong cuộc chiến xảy ra ngày 9 tháng 4 năm 1965 khi một chiếc F-4B thuộc Phi đội VF-96 "Fighting Falcons" do Trung úy Terence M. Murphy lái đã bắn rơi một chiếc MiG-17 'Fresco' của không quân Việt Nam. Chiếc Phantom sau đó lại bị bắn rơi do một tên lửa đối không AIM-7 Sparrow bắn nhầm từ một đồng đội. Ngày 17 tháng 6 năm 1965, một chiếc F-4B thuộc Phi đội VF-21 "Freelancers" do Trung tá Thomas C. Page và Đại úy John C. Smith lái đã bắn rơi chiếc MiG của Bắc Việt Nam lần đầu tiên trong chiến tranh.
Ngày 10 tháng 5 năm 1972, Randy "Duke" Cunningham và William P. Driscoll lái một chiếc F-4J đã bắn rơi ba chiếc MiG-17 và trở thành những "Ách" đầu tiên của cuộc chiến. Chiến công thứ năm của họ vào lúc đó được tin là đã bắn rơi được một "Ách" huyền thoại của Bắc Việt Nam là "Đại tá Toon" không có thật. Trên đường bay về, chiếc Phantom bị hư hại bởi tên lửa đất-đối-không của đối phương. Để tránh bị bắt, Cunningham và Driscoll đã bay lộn ngược đầu (hư hại làm cho chiếc máy bay không thể điều khiển được ở tư thế thông thường) trong khi máy bay đang cháy cho đến khi họ phóng ra được ngoài biển.
Trong chiến tranh, các phi đội Phantom Hải quân tham dự 84 lượt luân phiên chiến đấu với các phiên bản F-4B, F-4J, và F-4N. Hải quân ghi được 40 chiến thắng không-đối-không và bị thiệt hại 71 chiếc Phantom trong chiến đấu (5 chiếc bởi máy bay địch, 13 chiếc do tên lửa đất-đối-không (SAM), và 53 chiếc do pháo phòng không). Thêm vào đó có 54 chiếc Phantom bị mất do tai nạn. Trong số 40 máy bay đối phương bị Phantom (Hải quân và Thủy quân Lục chiến) bắn rơi, có 22 chiếc MiG-17, 14 chiếc MiG-21, hai chiếc Antonov An-2, và hai chiếc MiG-19. Tám chiếc bị bắn hạ bởi tên lửa AIM-7 Sparrow và 31 chiếc bởi tên lửa AIM-9 Sidewinder.
Bộ chỉ huy Không quân và Hải quân Mỹ tin rằng: F-4 với vũ khí mạnh hơn, radar hiện đại, tính năng tốc độ và tăng tốc cao cùng với những biện pháp chiến thuật mới sẽ đảm bảo cho F-4 Phantom chiếm ưu thế. Nhưng khi đối đầu với MiG-21 gọn nhẹ hơn, F-4 bắt đầu chịu thất bại liên tiếp. Không quân Việt Nam đã đưa ra các chiến thuật nhằm khắc chế ưu thế của F-4 trong khi phát huy được lợi thế của MiG-21. MiG-21 của Việt Nam thường tấn công đối phương với tốc độ vượt âm, phóng tên lửa từ phía sau mục tiêu và nhanh chóng thoát khỏi sự truy đuổi. Người Mỹ đã khó đưa ra gì đó chống lại chiến thuật này. Cũng bắt đầu sự hoạt động đồng thời của MiG-21 với MiG-17, những chiếc tiêm kích này đẩy đối phương từ độ cao thấp lên độ cao trung bình, nơi chúng bị MiG-21 tấn công. Sau khi ngừng các phi vụ ném bom trong Chiến dịch Sấm Rền vào năm 1968, tỷ lệ giành chiến thắng trong không chiến của các máy bay Mỹ rất thấp, dẫn đến việc Không quân Hoa Kỳ phải thành lập chương trình huấn luyện không chiến khác biệt như trong trường huấn luyện TOPGUN, chương trình này mục đích là sử dụng những máy bay nhỏ, nhanh nhẹn đóng giả làm MiG-17 và MiG-21 làm mục tiêu huấn luyện cho các phi công, người Mỹ đã sử dụng hai máy bay có tốc độ cận âm là A-4 Skyhawk và F-5 Tiger II để thực hiện công việc này.
Tổng kết quá trình tham chiến ở Việt Nam, F-4 đã bộc lộ những điểm yếu: Radar trên F-4 của Mỹ dù có cự ly phát hiện và bao quát lớn, nhưng chống nhiễu địa vật tương đối kém, mặt khác tên lửa đối không tầm trung của F-4 (AIM-7 Sparrow) có chất lượng đầu dò khá thấp nên rất khó bắn trúng nếu máy bay đối phương cơ động nhanh, do vậy ưu thế không chiến tầm xa của F-4 có thể bị vô hiệu hóa nếu đối phương có chiến thuật hợp lý (theo thống kê của Mỹ, đã có 612 quả AIM-7 được phóng ở Việt Nam nhưng chỉ hạ được 59 mục tiêu, tỷ lệ bắn hạ chỉ đạt 9%, trong đó chỉ có 2 quả bắn trúng mục tiêu ở cự ly ngoài 15 km). Thể hiện không như mong đợi của F-4 đã thúc đẩy Mỹ nghiên cứu các loại tiêm kích hạng nặng mới là F-14 và F-15.
Đến năm 1983, những chiếc F-4N được thay thế hoàn toàn bởi F-14 Tomcat, và đến năm 1986 chiếc F-4S cuối cùng được thay thế bằng F/A-18 Hornet. Ngày 25 tháng 3 năm 1986, một chiếc F-4S thuộc phi đội ‘’VF 151 Vigilantes’’ trở thành chiếc Phantom Hải quân cuối cùng cất cánh từ tàu sân bay (chiếc Midway). Ngày 18 tháng 10 năm 1986, một chiếc F-4S thuộc phi đội ‘’VF-202 Superheats’’ trở thành chiếc Phantom Hải quân cuối cùng hạ cánh xuống tàu sân bay America. Năm 1987, Hải quân Trừ bị Hoa Kỳ thay thế những chiếc F-4S bằng F-14. Những chiếc Phantom cuối cùng còn đang hoạt động cho Hải quân là những chiếc QF-4 giả lập mục tiêu do Trung tâm Thử nghiệm Không lực Hải quân Thái Bình Dương sử dụng.

Thủy quân Lục chiến Hoa Kỳ

Thủy quân Lục chiến nhận được những chiếc F-4B đầu tiên vào tháng 6 năm 1962, VMFA-314 Black Knights trở thành phi đội đầu tiên hoạt động. Ngoài những phiên bản tấn công, Thủy quân Lục chiến cũng sử dụng nhiều máy bay trinh sát chiến thuật RF-4B. Phantom Thủy quân Lục chiến thuộc Phi đội VMFA-531 Gray Ghosts đến Việt Nam ngày 10 tháng 4 năm 1965, thực hiện các phi vụ hỗ trợ gần mặt đất từ các căn cứ đất liền hoặc từ chiếc America. Phi công F-4 Thủy quân Lục chiến bắn hạ được ba máy bay MiG đối phương, và chịu tổn thất 75 máy bay, đa số do hỏa lực từ mặt đất, và bốn chiếc do tai nạn. Ngày 18 tháng 1 năm 1992, chiếc Phantom Thủy quân Lục chiến cuối cùng, một chiếc F-4S của Phi đội VMFA-112 Cowboys, nghỉ hưu. Phi đội này được tái trang bị F/A-18 Hornet.

Không quân Hoa Kỳ

Ban đầu chỉ miễn cưỡng chấp nhận một kiểu máy bay tiêm kích Hải quân, Không quân Hoa Kỳ nhanh chóng gắn bó với kiểu thiết kế này và trở thành bên sử dụng Phantom lớn nhất. Những chiếc Phantom Không quân đầu tiên tại Việt Nam là những chiếc F-4C thuộc Phi đội Tiêm kích 555 Triple Nickel đến nơi vào tháng 12 năm 1964. Không như Hải quân, Không quân sử dụng những chiếc Phantom ngay từ đầu với một phi công tiêu chuẩn không quân ở ghế sau hơn là một sĩ quan đảm trách vũ khí/mục tiêu (về sau được gọi chính thức là WSO: sĩ quan hệ thống vũ khí), và tất cả những chiếc Phantom Không quân đều có hai hệ thống lái.
Những chiếc F-4C của Không quân Hoa Kỳ ghi được chiến công không chiến đầu tiên trước một chiếc MiG-17 của Bắc Việt Nam vào ngày 10 tháng 7 năm 1965, sử dụng tên lửa không đối không AIM-9 Sidewinder. Ngày 24 tháng 7 năm 1965, một chiếc Phantom thuộc Phi đội Tiêm kích Chiến thuật 47 tạm thời bố trí tại Việt Nam đã trở thành chiếc máy bay Hoa Kỳ đầu tiên bị tên lửa SAM bắn hạ, và vào ngày 5 tháng 10 năm 1966 một chiếc F-4C thuộc Không đoàn Tiêm kích Chiến thuật 8 trở thành chiếc máy bay phản lực Hoa Kỳ đầu tiên bị bắn hạ bởi tên lửa không-đối-không do một chiếc MiG-21 của Việt Nam bắn ra.
Những chiếc máy bay ban đầu chịu đựng sự cố rò rỉ các thùng nhiên liệu dưới cánh đòi hỏi phải hàn lại sau mỗi phi vụ, và có 85 máy bay được phát hiện những vết nứt trên cấu trúc cánh. Cũng có những sự cố đối với các ống thủy lực điều khiển cánh tà, các tiếp điểm điện, và cháy khoang động cơ. Phiên bản trinh sát hình ảnh RF-4C bắt đầu thực hiện các chuyến bay tại Việt nam vào ngày 30 tháng 10 năm 1965, thực hiện các phi vụ trinh sát hình ảnh sau các cuộc tấn công rất nguy hiểm.
Cho dù chiếc F-4C gần như tương tự như kiểu Navy F-4B Hải quân về tính năng bay và mang tên lửa Sidewinder do Hải quân thiết kế, Không quân Mỹ cũng đưa ra hoạt động những chiếc F-4D vào tháng 6 năm 1967 trang bị tên lửa AIM-4 Falcon. Tuy nhiên, loại tên lửa Falcon giống như những tiền nhiệm của nó chỉ được thiết kế nhằm bắn rơi những máy bay ném bom bay ngang và thẳng. Độ tin cậy của nó được chứng minh là không hơn những kiểu khác, và trình tự khai hỏa phức tạp cũng như thời gian làm mát của đầu dò nhiệt bị hạn chế làm cho nó trong thực tế gần như vô dụng để chống lại được những máy bay tiêm kích nhanh nhẹn. Những chiếc F-4D quay lại sử dụng những tên lửa Sidewinder trong phạm vi chương trình Rivet Haste vào đầu năm 1968, và đến năm 1972 kiểu tên lửa AIM-7E-2 "Dogfight Sparrow" trở nên kiểu tên lửa được phi công Không quân ưa chuộng. Giống như những chiếc Phantom khác tại Việt Nam, kiểu F-4D được khẩn cấp trang bị ăn-ten dò tìm và cảnh báo (RHAW) nhằm phát hiện tên lửa đất đối không SA-2 Guideline do Xô Viết chế tạo bắn ra.
Từ khi những chiếc F-4C được bố trí tại Đông Nam Á, USAF Phantom của Không quân Mỹ thực hiện cả vai trò máy bay tiêm kích chiếm ưu thế trên không cũng như vai trò tấn công mặt đất, hỗ trợ không những các lực lượng trên bộ tại Nam Việt Nam mà còn thực hiện các phi vụ ném bom tại Lào và Bắc Việt Nam. Vì lực lượng F-105 Thunderchief bị hao mòn đáng kể từ năm 1965 đến năm 1968, vai trò ném bom của chiếc F-4 có tỉ lệ ngày càng tăng dần, cho đến sau tháng 11 năm 1970 (khi chiếc F-105D cuối cùng được rút khỏi chiến đấu) nó trở thành máy bay tấn công chủ lực của Không quân Hoa Kỳ. Đến tháng 10 năm 1972 phi đội EF-4C Wild Weasel (Chồn hoang) đầu tiên được triển khai tại Thái Lan trong nhiệm vụ tạm thời, báo trước vai trò tương lai của chúng.
Có tổng cộng 16 phi đội Phantom được bố trí thường xuyên từ năm 1965 đến năm 1973, và 17 phi đội khác được bố trí hoạt động tác chiến tạm thời. Số lượng cao điểm máy bay F-4 chiến đấu là vào năm 1972, khi có 353 chiếc đặt căn cứ tại Thái Lan. Có 445 máy bay tiêm kích-ném bom Phantom bị mất, trong đó 370 chiếc bị mất trong chiến đấu và 193 chiếc bên trên bầu trời Bắc Việt Nam (33 do MiG bắn rơi, 30 chiếc do tên lửa SAM, và 307 chiếc do hỏa lực phòng không).
Chiếc RF-4C được bốn phi đội sử dụng, và có 83 chiếc bị mất, trong đó 72 chiếc bị mất trong chiến đấu và 38 chiếc bên trên bầu trời Bắc Việt Nam (bảy chiếc do tên lửa SAM, và 65 chiếc do hỏa lực phòng không). Đến cuối cuộc chiến tranh, Không quân Mỹ mất tổng cộng 528 chiếc F-4 và RF-4C Phantom. Tổng hợp chung với tổn thất của lực lượng Hải quân và Thủy quân Lục chiến Hoa Kỳ là 233 chiếc Phantoms; đã có tổng cộng 761 chiếc F-4/RF-4 Phantom bị mất trong Chiến tranh Việt Nam.
Vào ngày 28 tháng 8 năm 1972, Steve Ritchie trở thành "Ách" Không quân đầu tiên của cuộc chiến tranh. Vào ngày 9 tháng 9 năm 1972, Sĩ quan Hệ thống Vũ khí Charles B. DeBellevue trở thành "Ách" Hoa Kỳ có số chiến công cao nhất với sáu chiến thắng. Sĩ quan Hệ thống Vũ khí Jeffrey Feinstein trở thành "Ách" Không quân cuối cùng của cuộc chiến vào ngày 13 tháng 10 năm 1972. Những chiếc F-4 của Không quân ghi được 107½ chiến công MiG tại Đông Nam Á (50 bởi tên lửa Sparrow, 31 bởi tên lửa Sidewinder, năm bởi tên lửa Falcon, 15½ bằng pháo và sáu bằng các phương tiện khác). Số máy bay MiG bị bắn rơi bao gồm 33½ chiếc MiG-17, 8 chiếc MiG-19 và 66 chiếc MiG-21.
Vào ngày 31 tháng 1 năm 1972, Phi đội Tiêm kích Chiến thuật 170 thuộc Không đoàn Tiêm kích Chiến thuật 183 của Không lực Vệ binh Quốc gia Illinois trở thành đơn vị Vệ binh Quốc gia đầu tiên chuyển sang sử dụng Phantom. Việc phục vụ trong Không lực Vệ binh Quốc gia kéo dài đến ngày 31 tháng 3 năm 1990, khi Phantom được thay bằng F-16 Fighting Falcon. Đến ngày 15 tháng 8 năm 1990, 24 chiếc F-4G Wild Weasel V và sáu chiếc RF-4C được huy động sang Trung Đông trong Chiến dịch Bảo táp Sa mạc. Lý do của việc điều động này là do chiếc F-4G là máy bay duy nhất của Không quân Mỹ được trang bị để có vai trò áp chế hỏa lực phòng không đối phương, trong khi chiếc EF-111 Raven không có khả năng mang tên lửa AGM-88 HARM. Chiếc RF-4C cũng là máy bay duy nhất được trang bị máy ảnh tầm cực xa KS-127 LOROP. Cho dù thực hiện các phi vụ bay gần như hằng ngày, chỉ có một chiếc RF-4C bị mất trong một tai nạn chết người trước khi có các hoạt động chiến sự. Một chiếc F-4G bị mất khi hỏa lực đối phương bắn hỏng thùng nhiên liệu và chiếc máy bay hết nhiên liệu khi gần đến một sân bay bạn. Những chiếc Phantom Không quân cuối cùng, F-4G Wild Weasel V thuộc Phi đội Tiêm kích 561 được nghỉ hưu vào ngày 26 tháng 3 năm 1996. Chuyến bay hoạt động cuối cùng của F-4G Wild Weasel là của Phi đội Tiêm kích 190 thuộc Không lực Vệ binh Quốc gia vào tháng 4 năm 1996, do Thiếu tá Mike Webb và Thiếu tá Gary Leeder điều khiển. Giống như Hải quân, Không quân tiếp tục sử dụng những chiếc QF-4 giả lập mục tiêu.

Australia

Vào năm 1963, McDonnell đề nghị cho Không quân Hoàng gia Australia một kiểu F-4C nhưng được trang bị động cơ turbo phản lực SNECMA Atar-9 đang được sử dụng trên những chiếc máy bay tiêm kích Dassault Mirage III-O của họ. Cho dù Không quân Hoàng gia Australia đã chọn chiếc General Dynamics F-111C thay vào đó, những sự chậm trễ trong sản xuất buộc họ phải thuê 24 chiếc USAF F-4E của Không quân Hoa Kỳ từ năm 1970 đến năm 1973. Chiếc Phantom được ưa chuộng đến mức Không quân Hoàng gia Australia trong thực tế đã cân nhắc đến việc lựa chọn chiếc F-4E. Tuy nhiên, việc sử hữu chiếc Phantom đòi hỏi phải giải thể ít nhất một phi đội Dassault Mirage III để có thể cung cấp đội bay cần thiết (đội bay của Phi đoàn 82 được chuyển sang lái F-111). Đã có một chiếc F-4E bị mất trong một tai nạn khi phục vụ trong Không quân Australia bên trên Evans Head, New South Wales.

Ai Cập

Mặc dù ban đầu Không quân Ai Cập quan tâm đến kiểu máy bay F-5 Tiger II, đến năm 1979 họ đã mua 35 chiếc F-4E cũ của Không quân Hoa Kỳ trước đây cùng với một số tên lửa Sparrow, Sidewinder, và AGM-65 Maverick trị giá 594 triệu Đô la Mỹ như là một phần của chương trình Peace Pharaoh. Người Ai Cập đã quen với những chiếc máy bay tiêm kích Xô Viết MiG đơn giản và nhận thấy rằng Phantom là một cơn ác mộng về bảo trì, và chỉ có chín máy bay còn trong tình trạng bay được vào đầu những năm 1980. Một chương trình huấn luyện nghiêm ngặt đã giải quyết được đa số các khó khăn vào năm 1985. Có thêm tám máy bay dư thừa của Không quân Mỹ được mua thêm vào năm 1988, cùng với ba chiếc thay thế cho những máy bay bị tai nạn.

Cộng hòa Liên bang Đức

Ban đầu Không quân Đức đặt mua phiên bản trinh sát RF-4E vào năm 1969. Một trong những chiếc máy bay này được gắn thiết bị ELINT (ELectronic Signals INTelligence: Tình báo tín hiệu điện tử) và bay trong chương trình Peace Trout. Vào năm 1982, những chiếc RF-4E nguyên thủy không được vũ trang được giao thêm vai trò phụ tấn công mặt đất qua việc biến cải bởi hãng Messerschmitt-Bölkow-Blohm. Những chiếc RF-4E của Không quân Đức được trang bị cho hai không đoàn trinh sát chiến thuật, mỗi đơn vị gồm hai phi đội (AG51 và AG52) và đã lần lượt được nghỉ hưu, thay thế bằng máy bay Tornado RECCE vào năm 1994.
Để lấp vào chỗ trống giữa chiếc F-104 Starfighter và chiếc Panavia Tornado, vào năm 1973 Không quân Đức đã mua phiên bản F-4F nhẹ và đơn giản hơn với radar APG-120 tính năng kém hơn, không có khả năng tiếp nhiên liệu trên không hay trang bị tên lửa AIM-7 Sparrow, trong chương trình Peace Rhine. Các khả năng tiếp nhiên liệu trên không, bắn được tên lửa AGM-65B Maverick và AIM-9 Sidewinder phiên bản L, cũng như động cơ không khói được bổ sung thêm vào giữa những năm 1980. Vào năm 1983, Đức đưa ra chương trình ICE (tăng cường hiệu quả chiến đấu) trang bị cho 110 chiếc F-4F kiểu radar AN/APG-65 như được sử dụng trên chiếc máy bay F/A-18 Hornet, bổ sung khả năng bắn tên lửa AIM-120 AMRAAM và tuyến dữ liệu kỹ thuật số Mil-Std 1553. Những chiếc F-4F được nâng cấp ICE bắt đầu đưa vào hoạt động vào năm 1992. Điểm đáng để ý là có 24 chiếc F-4F của Đức được Không đoàn Tiêm kích Chiến thuật 49 Không quân Hoa Kỳ sử dụng tại Căn cứ Không quân Holloman để huấn luyện các đội bay Không quân Đức cho đến năm 2002. Những máy bay này mang phù hiệu của Không quân Mỹ vì những lý do bảo hiểm, nhưng có thêm một lá cờ Đức trên cánh đuôi đứng. Vào năm 1975, Đức cũng nhận được mười máy bay F-4E để huấn luyện tại Mỹ. Vào cuối những năm 1990, những máy bay này được ngưng phục vụ, một số được tháo dỡ tại Mỹ trong khi những chiếc khác quay về Đức và được sử dụng trong việc huấn luyện bảo trì.
Những chiếc F-4F được nâng cấp ICE được mong đợi sẽ tiếp tục phục vụ cho đến khi Không đoàn Tiêm kích JG-71 "Richthofen" chuyển sang sử dụng Eurofighter Typhoon vào năm 2012. Không đoàn Tiêm kích JG-73 "Steinhoff" đã cho nghỉ hưu chiếc F4-F cuối cùng vào năm 2002 và được thay thế bởi những chiếc Eurofighter vào năm 2003, trong khi việc thay thế những chiếc F-4F tại Không đoàn Tiêm kích JG-74 đang được tiến hành và chiếc F-4F cuối cùng sẽ rời khỏi Không đoàn vào tháng 3 năm 2008. Các không đoàn F4-F còn lại đã được giải thể mà không được thay thế trong những năm 1990 và đầu những năm 2000. Loại máy bay này đã chính thức bị loại khỏi biên chế không quân Đức vào cuối tháng 6 năm 2013.
Ngoài những yếu kém tự nhiên do bản thân thiết kế, khuyết điểm lớn nhất của những chiếc F-4F (dù đã được nâng cấp ICE) là thiếu hệ thống nhận diện bạn thù (IFF) và khả năng MIDS (hệ thống phân phối thông tin đa chức năng) không hiện hữu. Trong những kịch bản bên ngoài tầm nhìn thấy, chúng phải dựa trên khả năng nhận diện mục tiêu của những máy bay AWACS (cảnh báo và chỉ huy trên không) vốn phải liên lạc dựa trên cơ sở giọng nói thông thường. Điều này cùng với số lượng ít tên lửa AIM-120B được mua (96) và kiểu radar APG-65 đã lạc hậu làm cho nó chỉ phù hợp cho một hệ thống phòng thủ.

Hy Lạp

Vào năm 1971, Không quân Hy Lạp đã mua những chiếc F-4E và RF-4E Phantom mới. Những chiếc RF-4E và F-4E dư ra của Không quân Đức và Không lực Vệ binh Quốc gia Hoa Kỳ được cho vào đầu những năm 1990. Nhiều chiếc máy bay được cải tiến thành tiêu chuẩn F-4G Wild Weasel V và trang bị tên lửa chống bức xạ AGM-88 HARM. Tiếp theo sau thành công của chương trình ICE của Đức, vào ngày 11 tháng 8 năm 1997, DaimlerChrysler Aerospace của Đức nhận được hợp đồng nâng cấp 39 máy bay lên giống như tiêu chuẩn Peace Icarus 2000. Việc nâng cấp bao gồm một radar AN/APG-65GY, hệ thống dẫn đường Honeywell H-764G kết hợp một hệ thống dẫn đường quán tính laser (LINS), hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu (GPS), và hệ thống Elbit máy tính cụm đa chức năng (MMRC), cụm LITENING (hệ thống định vị mục tiêu bằng hồng ngoại và laser), và khả năng phóng tên lửa không-đối-không AIM-120 AMRAAM và vũ khí từ xa AGM-130.

Iran

Trong những thập niên 1960 và 1970, Vương quốc Iran vốn thân Mỹ vào lúc đó đã đặt mua 225 chiếc F-4D, F-4E và RF-4E Phantom. Những chiếc Phantom Iran đã hoạt động trong cuộc Chiến tranh Iran-Iraq trong những năm 1980.
Giống như tình trạng những chiếc F-14 Tomcat, nhiều chiếc F-4 Iran từ đó bị hao mòn và thiếu phụ tùng thay thế. Những chiếc máy bay còn lại được tin là được hưởng lợi trong việc vận chuyển lén lút phụ tùng từ Israel và Hoa Kỳ (trong sự kiện Iran-Contra), cũng như là từ các linh kiện và vũ khí nội địa được thiết kế tại chỗ hay sao chép, và tích hợp các kỹ thuật của Liên Xô cũ và Trung Quốc. Những chiếc F-4 Iran được Không quân Cộng hòa Hồi giáo Iran sử dụng và duy trì được hoạt động nhờ việc đại tu và bảo trì bởi công nghiệp hàng không Iran.

Israel

Không quân Israel là lực lượng nước ngoài sử dụng Phantom nhiều nhát, bay cả những máy bay mới và máy bay cũ của Không quân Mỹ, cũng như nhiều phiên bản trinh sát đặc biệt chiếc một. Chiếc F-4E đầu tiên, tên lóng Kurnass (búa tạ), và chiếc RF-4E, tên lóng Orev (quạ đen), được giao vào năm 1969 trong chương trình Peace Echo I. Những chiếc Phantom bổ sung đến trong những năm 1970 trong các chương trình từ Peace Echo II đến Peace Echo V và chương trình Nickel Grass. Những chiếc Phantom Israel đã tham gia chiến đấu rộng rãi trong các cuộc đối đầu Ả-rập-Israel, đầu tiên là trong cuộc Chiến tranh Tiêu hao. Chiến công không chiến đầu tiên của chiếc Kurnass là vào ngày 11 tháng 11 năm 1969 bắn rơi một chiếc MiG-21 "Fishbed" của Ai Cập. Tổn thất không chiến đầu tiên, cũng do một chiếc MiG-21, xảy ra vào ngày 2 tháng 4 năm 1970. Trong suốt quá trình đối đầu, Không quân Israel thông báo đã có được 116 chiến công không chiến đổi lại 56 chiếc bị tổn thất, hầu hết là do hỏa lực mặt đất.
Những chiếc F-4 Israel đã trải qua một chương trình nâng cấp rộng rãi nhằm thích nghi với những vũ khí và thiết bị điện tử nội địa. Trong những năm 1980, Israel bắt đầu chương trình hiện đại hóa Kurnass 2000 trong đó đã nâng cấp đáng kể hệ thống điện tử, bao gồm radar APG-76 và buồng lái có các màn hình hiển thị đa chức năng và HOTAS, và bổ sung thêm khả năng phóng tên lửa Popeye. Máy bay Kurnass 2000 bay chuyến bay đầu tiên vào ngày 11 tháng 8 năm 1987 và bắt đầu đưa vào sử dụng từ ngày 5 tháng 2 năm 1991, có thể nhận biết do những đường ván nhỏ trên lỗ hút khí và một vòi tiếp nhiên liệu trên không kiểu "vòi và phểu" cắm trực tiếp vào lỗ tiếp nhiên liệu trên lưng máy bay. Israel cũng tạo ra một phiên bản trang bị động cơ Pratt & Whitney PW1120 đã bay chuyến bay đầu tiên vào ngày 30 tháng 7 năm 1986. Chiếc máy bay có khả năng siêu lướt, có tỉ lệ lực đẩy/khối lượng tốt hơn 17%, tốc độ duy trì lượn vòng tốt hơn 15%, tốc độ lên cao lớn hơn 36%, gia tốc tốt hơn 27%, tất cả đều với hiệu quả nhiên liệu tốt hơn. Nó được trưng bày tại cuộc Triển lãm Hàng không Paris năm 1987, nhưng chi phí của kế hoạch xem ra quá đắt so với một khung máy bay đã già cỗi, nên chương trình đã không được thực hiện. Chiếc F-4 cuối cùng của Israel đã được cho nghỉ hưu vào ngày 12 tháng 5 năm 2004.

Nhật Bản

Vào năm 1968, lực lượng Không quân Phòng vệ Nhật Bản đã mua 140 chiếc F-4EJ Phantom. Những cuộc tranh luận chính trị nổ ra quanh vấn đề một lực lượng "tự vệ" lại được trang bị những chiếc "máy bay ném bom", nên các khả năng tiếp nhiên liệu trên không và tấn công mặt đất được tháo bỏ (các khả năng tấn công mặt đất được phục hồi trong những lần nâng cấp sau đó). Mitsubishi đã chế tạo 138 chiếc theo giấy phép nhượng quyền tại Nhật Bản, và có thêm 14 chiếc trinh sát không vũ trang RF-4E được nhập khẩu. Trong số đó, 96 chiếc F-4EJ đã được cải tiến theo tiêu chuẩn F-4EJ Kai (改,"Cải biến") với hệ thống dẫn đường quán tính laser, radar APG-66J và các nâng cấp cho hệ thống điện tử khác. 17 chiếc F-4EJ được trang bị cụm trinh sát chụp ảnh tầm xa LOROP và được cải biến thành máy bay trinh sát. Những chiếc máy bay này cũng được nâng cấp tương tự F-4EJ Kai thành kiểu RF-4EJ.
Tính đến năm 2007, Nhật Bản đang có một đội bay 90 chiếc F-4 đang hoạt động. Các cuộc thương lượng đang được thực hiện nhằm thay thế chúng bằng kiểu máy bay Eurofighter Typhoon (theo thông tin trên tờ Financial Times vào tháng 3 năm 2007), vì việc xuất khẩu chiếc F-22 Raptor tiên tiến nhất của Mỹ vẫn còn đang bị cấm. Đến tháng 6 năm 2007, Lockheed Martin công bố rằng công ty của họ đã được trao hợp đồng trang bị nhiều chiếc F-15 trang bị cụm radar khẩu độ tổng hợp. Những chiếc F-15 này sẽ được sử dụng trong vai trò trinh sát, và Không quân Phòng vệ Nhật Bản sẽ cho nghỉ hưu những chiếc RF-4EJ của họ.

Hàn Quốc

Không quân Cộng hòa Hàn Quốc đã mua lô đầu tiên những chiếc F-4D Phantom cũ của Không quân Hoa Kỳ vào năm 1968 trong chương trình Peace Spectator, và việc giao hàng được tiếp tục cho đến năm 1988. Chương trình Peace Pheasant II cũng cung cấp những chiếc máy bay được chế tạo mới và cả những máy bay F-4E cũ của Không quân Mỹ. Vào năm 1993, Không quân Hàn Quốc đã xem xét một chương trình nâng cấp cho 38 chiếc F-4E đang hoạt động, nhưng chỉ thực hiện việc nâng cấp kéo dài thời hạn sử dụng ít tốn kém hơn và bổ sung cụm định vị mục tiêu quang-điện tử Pave Tack cùng kiểu tên lửa không-đối-đất AGM-142 Have Nap.

Tây Ban Nha

Không quân Tây Ban Nha sở hữu lô đầu tiên những chiếc F-4C Phantom cũ của Không quân Hoa Kỳ vào năm 1971 trong chương trình Peace Alfa. Được đặt tên là C.12, những chiếc máy bay này được cho nghỉ hưu vào năm 1989. Cùng thời gian này, Không quân Tây Ban Nha cũng nhận được một số chiếc RF-4C cũ của Không quân Hoa Kỳ, đặt tên là RC.12. Trong những năm 1995-1996, những máy bay này được nâng cấp đáng kể về hệ thống điện tử, bao gồm radar APQ-172 và hệ thống dẫn đường quán tính bằng con quay hồi chuyển laser.

Thổ Nhĩ Kỳ

Không quân Thổ Nhĩ Kỳ nhận được những chiếc Phan tom đầu tiên vào năm 1974 trong chương trình Peace Diamond III, và được tiếp nối bằng những chiếc máy bay cũ của Không quân Hoa Kỳ trong chương trình Peace Diamond IV. Vào năm 1995, IAI của Israel đã áp dụng việc nâng cấp tương tự như tiêu chuẩn Kurnass 2000 trên 54 chiếc F-4E của Thổ Nhĩ Kỳ. Được đặt tên là Terminator 2020, chiếc máy bay được tối ưu hóa cho các phi vụ tấn công mặt đất với tên lửa AGM-142 Popeye/Have Nap, cụm định vị mục tiêu Litening-II, và khả năng mang các kiểu tên lửa AGM-65D/G Maverick, AGM-88 HARM, bom GBU-8 HOBOS, bom dẫn đường bằng laser, bom thông thường và bom chùm cho các phi vụ tấn công mặt đất, trong khi vẫn giữ lại khả năng phóng các tên lửa không-đối-không AIM-7 Sparrow và AIM-9 Sidewinder. Nó cũng có khả năng trang bị cụm định vị mục tiêu Pave Spike và rocket mọi cỡ. Khả năng phóng tên lửa không-đối-không AIM-120 AMRAAM không bao gồm trong chương trình nâng cấp Terminator 2020, vì nhấn mạnh đến vai trò không-đối-đất của chiếc máy bay. Việc nâng cấp bao gồm kiểu radar tiên tiến ELTA EL/M-2032 với khả năng tìm kiếm và giải cứu, rút ra từ kỹ thuật sử dụng trên chiếc máy bay trình diễn IAI Lavi vào đầu những năm 1990 đã bị hủy bỏ. Cho dù chương trình nâng cấp Terminator 2020 phần lớn dựa trên dự án Kurnass 2000 của IAI, nó bao gồm nhiều cải tiến trong nhiều khía cạnh như hệ thống hiển thị trước mặt Kaiser/E1-OP, HOTAS, INS/GPS, MFD, hệ thống liên lạc UHF/VHF mã hóa, DTC, bộ chiến tranh điện tử mới, radar cảnh báo radar mới, bộ phát pháo sáng, bộ gây nhiễu phòng thủ Elisra SPS, cụm Elisra ALQ-119 được nâng cấp tương thích thế hệ SAM hai chữ số, dây dẫn mới, cải tiến cấu trúc và nâng cấp động cơ General Electric J79.

Anh Quốc

Anh Quốc đã mua những chiếc F-4 để sử dụng cùng Không quân Hoàng gia Anh và Không lực Hải quân Hoàng gia Anh do việc hủy bỏ các đề án phát triển máy bay nội địa như BAC TSR-2 và Hawker Siddeley P.1154. Các phiên bản Anh Quốc dựa trên kiểu F-4J của Hải quân Mỹ và được đặt tên tương ứng là F-4K và F-4M, chúng được đưa vào hoạt động dưới tên gọi FG 1 và FGR 2 để thay thế những chiếc Hawker Hunter và de Havilland Sea Vixen. Những chiếc Phantom Anh Quốc được trang bị kiểu động cơ turbo quạt ép Rolls-Royce Spey to và mạnh hơn với lực đẩy có đốt sau là 20.515 lbf (91,25 kN) mỗi chiếc nhằm cải thiện tính năng bay lúc cất cánh, và nhiều hệ thống được thay thế bằng thiết bị tương đương do Anh sản xuất. Động cơ to hơn đã đòi hỏi phải có lượng khí nạp nhiều hơn, nên cửa hút gió được mở rộng thêm 20%, và nó có tốc độ tối đa và tính năng bay ở tầm cao được cải thiện. Tầm bay xa cũng được tăng cường do kiểu động cơ turbo quạt ép có hiệu quả nhiên liệu tốt hơn. Những chiếc Phantom của Không lực Hải quân Hoàng gia được trang bị càng đáp bánh trước kiểu nhún kép có thể kéo dài thêm 102 cm (40 inch), giúp gia tăng góc tấn khi cất cánh cần thiết để hoạt động khi được phóng từ tàu sân bay Anh Quốc HMS Ark Royal nhỏ hơn. Chiếc nguyên mẫu Anh Quốc YF-4K bay chuyến bay đầu tiên vào ngày 27 tháng 6 năm 1966, và được tiếp nối bằng chiếc YF-4M vào ngày 17 tháng 2 năm 1967.
Đơn đặt hàng của Không lực Hải quân Hoàng gia Anh bị cắt giảm do loại bỏ bớt số tàu sân bay của Hải quân Hoàng gia Anh. Hậu quả là hầu hết trong số 160 chiếc Phantom Anh Quốc hoạt động trong Không quân Hoàng gia Anh trong vai trò tấn công mặt đất và đánh chặn tầm xa. Vào cuối những năm 1970, những chiếc Phantom của Không quân Hoàng gia Anh được thay thế bởi những chiếc SEPECAT Jaguar trong vai trò tấn công mặt đất và những chiếc Phantom của Hải quân Hoàng gia được chuyển cho Không quân Hoàng gia. Sau Chiến tranh đảo Falkland, lực lượng Phantom tiêu chuẩn Anh Quốc được bổ sung thêm 15 chiếc F-4J nguyên của Hải quân Hoa Kỳ được nâng cấp, được đặt tên là F-4J(UK) khi phục vụ trong Không quân Hoàng gia, nhằm bù đắp cho một phi đội được bố trí đến quần đảo này.
15 chiếc máy bay được chọn là tốt nhất trong số những chiếc được dự trữ tại Căn cứ Không quân Davis-Monthan, và chúng được nâng cấp lên một mức hầu như ngang bằng với phiên bản F-4S. Khác biệt chủ yếu là việc thiếu mất các cánh phụ mép trước chiến đấu, bị Không quân Hoàng gia Anh xem là một "nguồn của lực cản" và không yêu cầu. Điều này cũng giúp đơn giản hóa việc huấn luyện các đội bay, vì kiểu cánh phụ này không được trang bị cho các kiểu máy bay khác của Không quân Hoàng gia. Chiếc F-4J(UK) được giao đến Căn cứ Không lực Hải quân North Island vào ngày 2 tháng 8 năm 1984, và từ đây các đội bay Không quân Hoàng gia lái chúng về Anh Quốc. Chiếc máy bay được đại tu toàn bộ và được trang bị radar AWG-10B, động cơ không khói và có khả năng mang tên lửa Skyflash. Chúng được đưa vào hoạt động cùng Phi đội 74 Không quân Hoàng gia trú đóng tại Căn cứ Wattisham. Chiếc máy bay được các đội bay ưa thích và được đánh giá chung là tốt hơn những chiếc F-4 trang bị động cơ Spey. Chúng có tốc độ lên cao chậm hơn do động cơ yếu hơn, nhưng chúng cũng nhẹ hơn 760 kg và có khả năng đạt đến tốc độ Mach 2,3 so với 2,1 ở tầm cao. Khả năng hoạt động của radar cũng được các phi công ca ngợi. Cho dù đã cũ và thiếu mất các cánh phụ mép trước, những máy bay này đã phục vụ tốt cho đến khi được thay thế vào năm 1991.
Những chiếc máy bay tiêm kích đánh chặn Phantom đã được thay thế bởi kiểu Panavia Tornado F3. Chiếc Phantom Anh Quốc cuối cùng được cho nghỉ hưu vào năm 1993 do ảnh hưởng bởi chính sách cắt giảm ngân sách quân sự.

Hoạt động dân sự

Quỹ Collings, một tổ chức phi lợi nhuận đặt trụ sở tại Massachusetts sử dụng một chiếc F-4D trong các cuộc trưng bày "lịch sử sống". Quỹ dùng để bảo trì và hoạt động máy bay, vốn đặt căn cứ tại Houston, Texas, được thu góp từ các nguồn được trao tặng và tài trợ của công chúng và các đơn vị kinh doanh.

Đặc điểm kỹ thuật (F-4E)

Tham khảo: The Great Book of Fighters, Quest for Performance, và Encyclopedia of USAF Aircraft.