空战，也可以胜任对地攻击、乃至精确打击的任务。
其典型的作战方式为，
1、空对空截击
火力配置是4枚AIM…7“麻雀”导弹，起飞重量为20900kg，作战速度在M数2。2以下，升限21000m，以M数0。9～0。92的速度返航，作战半径为650km。
2、制空战斗
火力配置是2～4枚AIM…9“响尾蛇”导弹和1个副油箱，起飞重量为20900kg，以M数0。7～0。91的速度巡航，滞空时间2h，在1830m左右的高度作战5min。如果在战斗前抛掉副油箱，则最大速度可达M数2。4。作战半径在925～1290km之间。
3、F…4C/D对地攻击
火力配置是MK82和M117通用炸弹、AGM…12“小斗犬”空对地导弹、LAU…3火箭弹发射器等空对地武器＋3个副油箱，包括副油箱的总外挂物重量不超过6000kg。采用在12000m以上巡航飞行和在目标上空作5min低空超音速飞行的“高…低…高”作战剖面时的作战半径为925～1290km；采用“低…低…高”作战剖面时的作战半径为550～740km。
F4H…1 （F…4A） 携带炸弹
采用空中加油时，其作战半径可以增大。
实战情况
F…4B/C/D三型战斗机都参加过越南战争，在空战中F…4战斗机总共击落107架米格战斗机，占被击落飞机总数的78％以上。被击落的飞机中包括33架米格…17、8架米格…19、66架米格…21。
F…4B战斗机主要执行护航和空战作战任务，曾在东京湾发生过僚机把长机击落的恶性误伤事件。但其很快就被其他两种型别的飞机取代。
F…4C在空战中共击落了42架米格战斗机，其中米格…17和米格…21各21架。
F…4D于1966年开始参加越南战争。在空对空作战中，1967年6月5日，F…4D在河内近郊首次击落米格…17，在整个战争期间共击落了44架米格战斗机，其中有12架米格…17、4架米格…19和28架米格…21。在空对地作战中参加了攻击桥梁等重要目标的战斗。例如，1972年5月12日，第8战术战斗机联队的16架F…4D战斗机攻击了杜梅桥，其中4架飞机每架带2颗907kg的GBU…8/B电光制导的炸弹，其余的12架每架带2颗907kg的激光制导炸弹。
以色列的F…4G“野鼬鼠”参与了贝卡谷地之战。1991年美军的同一型号参与了海湾战争。
问题与缺点
但是，F…4在实战中也暴露了很多缺点。美国飞行员当时采用的战术是根据自动导引系统的指令实施程序飞行； 借助雷达瞄准具用空空导弹攻击敌机。实战表明； 这些战术是不成功的。因为第二代战斗机，例如F…4的最大飞行速度虽已达到M2左右； 但不能进行超音速持续飞行；而且超音速机动能力较差； 空战主要是在亚音速范围内进行。另外，当时的“麻雀”空空导弹的作用范围、作战效能还都很有限，实战效果十分不好。由于敌我识别技术尚未完善，存在着错误识别的危险，F…4不得不放弃了视距外发射导弹攻击敌机的能力。所以，F…4的空战方式与以外的战斗机相比，不可能有根本性的变化。
右图为一架F…4C正在转向越军地面目标。越南战争实期； 美国战斗机被用来实施对地攻击。越南用机动性能较好的亚音速战斗机来对付载弹的F…105飞机很有效。美国随即建立了战斗机掩护编队； 用空空导弹迫使米格…17放弃攻击； 但空空导弹的命中概率相当低； 经常只有百分之几。越南空军在空战中经常采用一些新战术； 如利用速度较小、飞行高度较低的米格…17作诱饵； 而让装有导弹的米格…21在较高高度上待机； 当担任掩护飞机攻击米格…17时； 米格…21即发起突然攻击； 这使得美国战斗机的损失率不断上升。
越南战争和其后的一些局部战争中； 协同作战仍然显示重要作用； 战斗机的空战绝大多数仍为编队空战。各种战术机种编队任务的变化； 是战斗机战术上的新发展。编队常由伴动队和突击队组成。显示佯动队假意图的有很多战术方法； 如割裂敌机战斗队形； 引诱敌机进入突击队所在区域等等。力图在敌机下方实施攻击。越南战争和中东战争的实战经验表明，F…4不能满足未来空战的要求。其中一些经验教训总结如下：
1。预警指挥机对空战胜负起着关键的作用。它保证了每天24小时连续不断的警戒；并能向已方在空中巡逻的战斗机通报敌情； 并引导战斗机进入有利攻击位置。据称； 预警指挥机能使空战效果提高7。5 ～30倍。F…4与当时的预警机的协同开始使得上述特点的优越性得以体现。
2。超视距空战日显重要。由于预警指挥系统和机载探测系统的发展； 战斗机远距探测能力明显提高。F…4代表了这一向超视距空战的转变的趋势。
3。近距空中格斗仍是空战的一种重要形式。现代空战包括超视距空战和目视格斗空战两个阶段。由于空空导弹已具有全向攻击和良好的离轴发射能力； 所以在空战中应尽快使机头指向目标。这不仅是一种重要的空战战术； 同时对飞机的敏捷性和机动性提出了新的要求。F…4在这一方面不能满足未来的需求。
4。空空导弹已是空战的主要武器； 航炮已降到辅助地位。F…4服役时，中距空空导弹不具有很好的机动能力，近距格头导弹也不具有全向攻击能力。空空导弹的可攻击区不大； 命中概率不高； 航炮并不能被完全替代。随着机载火控系统和航炮性能的提高； 航炮的作战效能也有所增强； 仍不失为一种辅助性的空战武器。
5。编队空战仍是基本的空战形式； 协同作战能力和飞行员的素质仍对空战结果有重要的影响。编队规模一艘较小； 同一编队的飞机一般不宜超过4架。多机空战可缓和和缩小对抗飞机之间的性能差距。
6。飞机的下视和发现低空飞机目标的能力尚未提高； 导弹的上射、下射能力不强，在实战中进行导弹攻击限制很多。
7。敌我识别仍然是限制空战能力的一个重要因素。美国空军在越战中规定不允许只凭载机敌我识别装置的判断而实施攻击，直接影响了原本已经不太强的F…4超视距作战能力的发挥。
F…4的主要型别
F…4A（原F4H…1） 舰载舰队防空战斗机，装两台通用电气公司J79…GE…2涡轮喷气发动机，单台加力推力71。1千牛（7200公斤）。没有机炮，装AN/APQ…72空中截击雷达，带4枚“麻雀”III空…空导弹。第一架原型机1958年5月试飞。继两架原型之后订购了21架试验用的飞机和24架预生产型飞机，预生产型（公司编号为Mode 98AM）飞机于1959年首飞。共生产了45架。
F…4B（原F4H…1F，下图） 海军和海军陆战队用的基本型全天候战斗机。装两台J79…GE…8发动机，单台加力推力75。7千牛（7710公斤）。A型和B型都是防空和空战型战斗机，在当时“以导弹代替机炮”思潮的影响下，两者都没有装备机炮。其火力控制设备基本相同，装备的是视准式光学瞄准具、Aero…1A机载导弹控制系统和投放战术核炸弹用的AN/AJB…3（或…3A）姿态参考和轰炸系统。Aero…1A系统包括AN/APQ…72单脉冲搜索/测距雷达、AN/APA…128（F…4A）或AN/APA…157（F…4B）火力控制组（也称目标截击计算机或连续波制导雷达）和AAA…4空对空红外探测器。有部分F…4B飞机被改装成几种专用飞机，计1架EF…4B、2架NF…4B、228架F…4N和44架QF…4B等。飞机有两套操纵系统，后座雷达操作员也可进行操纵。共生产649架，包括12架F…4G。美海军将226架翻修，编号改为F…4N，第一架1973年2月交付，1978年春交付完毕。
RF…4B（原F4H…1P） B型的侦察型，1965年3月试飞。侦察系统同RF…4C，无军械，单操纵系统，共生产46架。30架于1978年底改装，增加了AN/AAD…5红外线扫描设备、AN/APD…10侧视雷达、AN/ASN…92舰上惯性导航系统和AN/ASW…25自动着舰系统。
F…4C（原F…110A，下图） 由B型改进的空军用战术战斗机。装两台J79…GE…15发动机，单台加力推力75。7千牛（7710公斤）。主要改变是增加了空对地攻击能力和在后座舱加装了飞机操纵系统。火力控制设备方面的改动是：在导弹控制系统中用APQ…100雷达代替APQ…72，主要改进是增加了地形测绘和手控投弹时显示距离的空对地功能；用AN/APA…157代替AN/APA…128，拆掉了AAA…4红外探测装置；系统编号改为Aero…1A。此外，把AN/AJB…3换成AN/AJB…7姿态参考和轰炸系统、增加了AN/ARW…77“小斗犬”导弹控制器和A24G中央大气数据计算机等。虽然翼下挂架可以挂各种炸弹和火箭弹发射器，但由于没有有效的瞄准设备，攻击精度不高。C型飞机于1965年参加了越南战争，战争后期约有27架F…4C（s/n 68…594～611和s/n 69…349～357）装备了AN/ARN…92罗兰D，用作盲目轰炸时的瞄准测距器（pass finder）。机翼内侧挂架可挂AGM…45“百舌鸟”反辐射导弹。采用两套操纵系统，空中加油装置改为伸缩套管式，代替原来的锥套式。1963年5月试飞，1966年停产，共生产583架，包括出口西班牙36架。
RF…4C（原RF…110A，下图） C型的侦察型，用于取代RF…101。为携带侦察设备，机头加长0。84米。带3种主要侦察设备；侧视雷达，用于记录航路两侧地形的高分辨率雷达图；夜间侦察地面情况用的红外探测器；前视和侧视照相机。侦察系统由后座控制。YRF…4C于1963年8月试飞，生产型于1964年5月试飞，1973年底停产，共生产505架。
F…4D C型的改型，加强了对地攻击能力，用来代替F…105D。装两台J79…GE…15发动机。其1号机（s/n 64…929）于1965年12月9日首飞，1966年3月10日开始交付，共生产了825架。F…4D的火力控制设备增加了AN/ASG…22前置计算光学瞄准具、AN/ASQ…91武器投放计算机、在后座舱中增加了1个电视显示器和外挂的AN/AVQ…10或AN/AVQ…23激光系统吊舱。D型飞机装备的Aero…1A系统使用的雷达和火力�