Многоцелевой истребитель F-4D Phantom II создан на базе более ранних модификаций. Первый полет опытного образца состоялся в декабре 1965 года. Самолет выполнен по нормальной аэродинамической схеме с низкорасположенным трапецевидным крылом. Механизация крыла включает двухсекционные отклоняемые носки, двухсекционные интерцепторы и закрылки с системой сдува пограничного слоя. Силовая установка состоит из двух турбореактивных двигателей J79-GE-17 тягой по 8120 кгс. Топливная система включает шесть фюзеляжных и два центропланных топливных бака. Самолет оснащен РЛС AN/APQ-109, оптическим прицелом AN/ASG-22, инерциальной навигационной системой AN/ASN-63, приемником радиотехнической навигационной системы AN/ARN-92, системой радиотехнической разведки AN/APR-25.
Вооружение состоит из четырех управляемых ракет класса "воздух-воздух" AIM-7E и четырех AIM-9C или AIM-9D Sidewinder, ракет класса "воздух-поверхность" AGM-12 Bullpup и AGM-65 Maverick, подвесных контейнеров SUU-16A или SUU-23 с 20-мм авиационной пушкой, корректируемых и свободнопадающих авиационных бомб. Возможна подвеска ядерных бомб B43, B57 или B61. Самолеты этой модификации поставлялись также в Иран и Южную Корею. Вариант F-4E предназначен для завоевания превосходства в воздухе. Первый полет опытного образца состоялся в июне 1967 года. Всего с 1967 года по 1976 год было построено 1387 самолетов.
Самолет оснащен двигателями J79-GE-17A, РЛС AN/APQ-120, коллиматорным прицелом AN/APS-26. Часть самолетов оснащалась контейнерами с оптико-электронной системой AN/AVQ-26. В носовой части фюзеляжа под обтекателем РЛС установлена шестиствольная 20-мм авиационная пушка M61A1 с боекомплектом 639 снарядов. Вооружение дополнено управляемыми ракетами класса "воздух-воздух" AIM-9E, противорадиолокационными ракетами AGM-45 Shrike. В 1971 году лицензионное производство самолета под обозначением F-4EJ было налажено в Японии. Всего было построено 138 машин.
В ходе эксплуатации с 1984 года самолеты модернизировались в вариант F-4EJKai c усиленным планером, РЛС AN/APG-66J, инерциальной навигационной системой LN-39, системой предупреждения о радиолокационном облучении J/APR-4Kai. В состав вооружения также входят противокорабельные ракеты ASM-1, ракеты класса "воздух-воздух" AAM-2. Для ВВС Германии создан вариант F-4F. Первый полет опытного образца состоялся в мае 1973 года. Самолет облегчен на 1,5 т за счет исключения из состава вооружения ракет AIM-7, снятия системы СПС, топливоприемника системы дозаправки топливом в воздухе, уменьшения до 7570 л емкости топливных баков.
С 1983 года на самолет устанавливались РЛС AN/APG-65, цифровая шина данных, модернизированное кабинное оборудование, инерциальная навигационная система H-423, система предупреждения о пуске противником ракет AN/ALR-68(V)2. Вооружение дополнено управляемыми ракетами класса "воздух-воздух" AIM-120 AMRAAM.
