Peu après sa mise en service dans l’US Navy, en 1960, l’US Air Force s’intéressa à son tour au F4H-1 Phantom II, et c’est en mai 1963, que le premier F-4C de l’USAF, globalement identique aux appareils de l’aéronavale américaine, effectua son vol inaugural et dépassa Mach 2 à cette occasion. Pendant près d’une dizaine d’années, plusieurs versions et variantes du biréacteur feront leur apparition, bénéficiant à chaque fois d’améliorations en matière d’avionique, de motorisation ou d’armement.
Outre l’USAF et les diverses unités de la Garde Nationale ou de la Réserve des États-Unis, qui employèrent les 2 600 F-4 qui leur furent livrés jusqu’au milieu des années quatre-vingt-dix, notamment pour la reconnaissance ou la guerre électronique, le Phantom II connut également un grand succès à l’exportation puisque plus de 1 200 exemplaires furent utilisés par une dizaine de pays, notamment de l’OTAN, certains d’entre eux, comme le Japon, le fabriquant même sous licence en quantité et beaucoup, comme Israël ou l’Iran, l’utilisant au combat, souvent avec succès.