F-15鷹式戰鬥機(F-15 Eagle)，是全天候、高機動性的戰術戰鬥機，針對獲得與維持空優而設計的它，是美國空軍現役的主力戰機之一。F-15是由1962年展開的F-X(Fighter-Experimental)計畫發展出來，1969年由麥道(McDonnell Douglas)公司得標，1972年7月首次試飛，1974年首架量產機交付美國空軍使用，直到現在。它與F-16，美國海軍的F-14、F/A-18，歐洲的“狂風”、法國的“幻影2000”等同歸為第三代戰鬥機。F-15是美國空軍當前的主力制空戰鬥機，可用於奪取戰區制空權，也可對地面目標進行攻擊。1965年，作為F-4的後繼型號，麥道公司的設計得到批准，它就是F-15單座雙發超音速重型噴氣戰鬥機。按要求，它應能作高空高機動飛行和洲轉場飛行；能單人操縱投放各種武器；可近距格鬥，野戰自助能力強。具有雷達下視能力，馬赫數為2.5。1972年7月，原型機試飛。1974年11月開始服役，至今已生產一千多架。
F-15具有多功能的航電系統包含了抬頭顯示器(Head-Up Display，HUD)、先進的雷達、慣性導航系統(Inertial Navigation System，INS)、飛行儀表、超高頻(Ultra-High Frequency，UHF)通訊、戰術導航系統與儀器降落系統(Instrument Landing System，ILS)。它也內建了戰術電戰系統、敵我識別器(Identification Friend of Foe，IFF)、電子反制(Electronic CounterMeasure，ECM)裝置與中央數位電腦系統。
抬頭顯示器會顯示出由航電系統整合提供的飛行相關資料，它可以在任何飛行環境下判讀，提供飛行員飛行、追縱及獵殺敵機或其它目標的必要而即時的資訊，而不需要低頭看座艙內的儀表。
F-15的多功能脈衝都卜勒雷達可以向下俯視搜尋目標，利用都卜勒效應能避免目標的訊號被地面雜訊所掩蓋，可以追縱從視距外到近距離、樹梢高度的小型高速目標。目標反射的雷達訊號會傳到中央電腦，在近距離纏鬥下，雷達可以自動捕獲目標，並將目標資訊投射到抬頭顯示器上。電戰系統提供威脅來源的警告，並且自動進行反制。
F-15能搭載多種空對空武器，自動化的武器系統與手置節流閥與操縱桿(Hands On Throttle And Stick，HOTAS)的設計，讓飛行員只需使用節流閥桿和操縱桿上的按鈕，就可以有效地進行空戰。而所有的設定與視覺導引都會顯示在抬頭顯示器上。
F-15能夠攜帶AIM-7“麻雀”空空飛彈、AIM-9“響尾蛇”空空飛彈、AIM-120先進中程空空飛彈，其中進氣道下方外側可以掛載AIM-7和AIM-120，機翼下的多功能掛架可以掛載AIM-9和AIM-120。而在右側進氣道外側還有一座M61A1火神機炮。
低阻力的保形油箱(Conformal Fuel Tanks，CFT)是特別為C/D型研發的，裝設在兩邊進氣道外側，主翼下方的位置，可以裝載約約3,200公升的油料，這個裝置使得F-15能夠減少空中加油所需的時間，因而增加其在戰場上執行任務的時間，有助於其全球部署行動。
源起
二戰結束後，美國政府和軍方對戰爭的態度有了極大轉變。他們認為，未來的戰爭必將是一場核大戰，因此所有的軍事資源、軍事理論都為此大幅度調整。在這場大變革中，戰術空軍司令部成為“重災區”之一——在核戰爭中，戰略空軍是打擊主力，戰術空軍也就淪入給人打下手的境地。
戰鬥機設計重點也發生巨大轉變，轉而強調核武器投射能力和防空截擊能力。因為，根據五角大樓將軍們的想法，在想定的核戰爭條件下，奪取制空權的不是戰鬥機，而是轟炸機——用核彈將對手的一切毀於地面。傳統的空戰機動變得陳舊過時，取而代之的是攔截。戰鬥機要求具備超音速能力、先進的感測器、飛彈武器以及必要條件下的超音速機動空戰能力。
這種想法並不是第一次出現。早在二戰期間就有人認為，隨著戰鬥機速度提高和可用過載增大，使得先進戰鬥機進行空戰機動變得不可能——然而直到F-15出現，戰鬥機的亞音速可用過載仍未達到人體所能承受的極限（早期 F-15 的極限過載是7.33g）。然而不列顛空戰證明，空戰機動的技巧在空戰中仍然是極其必要的，“空戰無用論”隨之銷聲匿跡。
無獨有偶，就在美國軍方再度提出類似觀點之後不久，又一次檢驗機會出現——1950 年韓戰爆發。美國空軍在朝鮮空戰中表現尚可。但也吃了米格-15 不少苦頭。飛行員除了對米格-15的垂直性能表示欣賞外，對自己戰鬥機重型化、多用途化導致機動性下降的現狀也頗為不滿。然而這場空戰的教訓卻被美國軍方有意忽略了。軍方認為，韓戰只是戰爭規則的一個例外，今後也不會再有一場戰爭具有和韓戰類似的特徵和規模——然而此後數十年，幾乎所有戰爭都是和韓戰同類的有限規模、奪取有限勝利的局部戰爭——尤其是令美國人刻骨銘心的越南戰爭。事實上，朝鮮空戰真正的遺產就只有一個——洛克希德F-104“星”戰鬥機，這是真正應飛行員的要求設計的空中優勢戰鬥機（儘管它的高空高速特徵往往讓人將它和同期的美國戰鬥轟炸機混為一談），當然這種飛機並不討美國空軍喜歡，很快退役。
十餘年後，隨著美國全面介入越南戰爭，美國空軍開始嘗到昔日錯誤判斷的苦果。這又是一場局部戰爭，加上政治上的限制，使得美國空軍被迫在一個與想定條件完全不同的環境裡作戰。空軍不得不用重型戰鬥轟炸機和老式的北越米格戰鬥機進行空中格鬥，原來的攔截和核武器投射能力根本派不上用場。先進的空空飛彈不適應越南潮濕氣候，故障頻頻，而越戰初期多數美國空軍戰鬥機就沒有裝備航炮，以至多次出現占據有利位置卻不能擊落敵機的情況。敵我識別也是一大問題，多起誤傷事件之後，為了避免再次擊落己方返航機或國際無武裝飛機，美軍又加上“目視識別”原則，從而使得第二代戰鬥機的優勢幾乎蕩然無存。美國空軍自韓戰後不久就取消了空戰訓練課程，飛行員普遍沒有進行空戰訓練，結果可想而知。
作為補救措施，美國空軍開始給戰鬥機加裝航炮吊艙應急。但這種吊艙射擊精度不好，對機動性影響也大。後來美國空軍又在新的F-4E上採用了內置式固定航炮，取得了一定效果在——F-4E總計21個戰果中，有7架是被航炮擊落的。但這些飛機畢竟不是專用的空戰戰鬥機，一線部隊迫切需要一種真正的用於奪取空中優勢的戰鬥機，因此F-15便應運而生。
研製始末 F-X計畫中NASA提出的4種戰鬥機氣動布局方案
1966 年4月，美國空軍指定麥克唐納·道格拉斯、北美·洛克韋爾和費爾柴爾德·共和三家公司參與F-X 計畫競爭。
在 F-X 計畫進行期間，NASA 作為技術發展研究的先行者，也在進行相關戰鬥機構型研究。研究工作主要在蘭利研究中心進行。當時一共提出了 4 個方案，包括：LFAX-4（可變翼方案），LFAX-8（LFAX-4 的固定翼方案），LFAX-9（雙發上單翼方案）和 LFAX-10（和蘇聯米格-25 外形相似的方案）。1967 年，蘭利中心發布了它們的研究成果，即LFAX-8。
1968年，美國國防部正式要求 NASA 參與 F-15 發展計畫。促使國防部做出這個決定的關鍵人物是約翰·佛斯特博士，當時他正擔任國防部研究工程局總監。佛斯特認為，首先 NASA 提出的飛機方案使得F-15 採用的先進技術更加具體化，同時可以作為廠家方案的技術上限；其次 NASA 及其解決問題的專業意見，有助於最大限度的減小 F-15 發展過程中的風險和問題。此後，NASA 的 4 個方案被進一步深入研究。合作期間，各廠商設計團隊相繼訪問 NASA，針對其各個構型的優點、缺點以及技術成熟程度進行不斷改進。最終，LFAX-4 方案被格魯門公司採用，成為海軍 F-14“雄貓”戰鬥機的基礎。而 LFAX-8 方案，則給麥·道公司設計團隊留下了深刻印象，他們的設計方案選擇了以 LFAX-8 為基礎。事實上，這個方案已經具有後來 F-15 的部分特徵了。這些特徵包括：縮短動力組件長度以減輕重量；發動機安裝位置前移以便平衡；採用水平調節斜板的發動機進氣道，以便在大迎角下獲得良好的進氣性能；平尾安裝在遠遠向後伸出的尾撐上，以獲得更好的安定性和控制能力；發動機間距和整流罩經過最佳化設計，以減小亞音速巡航阻力。不過，麥.道設計團隊也對該方案進行了修改。由於空軍更加強調高亞音速機動性，麥.道的方案中機翼採用了前緣錐形扭轉設計。而為了安裝大型雷達天線（NASA 的方案中機頭整流罩太小），麥.道綜合考慮之後決定採用大型機頭整流罩——儘管 NASA 為此警告說，這種整流罩會增大飛機超音速阻力。
1968年9月30日，經過長期爭論之後，空軍終於發布詳細的 F-X 方案需求（RFP）。RFP 指出新型戰鬥機應該具有低翼載、高推重比，在 M0.9 速度附近具有良好的機動性能；裝備脈衝都卜勒雷達，具有下視下射能力；足夠的轉場航程，可以無需空中加油自行部署到歐洲基地；最大馬赫數要求達到 M2.5（不過，這一條要求只在理論上達到過：由於代價高昂以及複雜性，F-X/F-15 在掛彈後最大 M 數被限制在 M1.78）；單座構型；最大空戰起飛重量要求不超過 18,144 公斤；以及其它一些和疲勞壽命、維護性、可視性、自啟動能力等相關的要求。
1968年10月24日空軍將 F-X 定名為 ZF-15A。
1968年12 月30日，空軍 F-15 系統計畫辦公室（SPO）已經收到麥克唐納·道格拉斯、北美·洛克韋爾和費爾柴爾德·共和三家公司的投標方案，標價均為 1,540 萬美元。
這三種方案並沒有顯著不同，只是北美和費爾柴爾德的方案均採用單垂尾設計。其中後者得到來自長島的國會議員的大力支持——因為該方案如果中標將在長島生產。經過詳盡的評估之後，1969 年 12 月 23 日，美國空軍系統司令部（AFSC）宣布麥克唐納.道格拉斯所提出的設計方案在 F-15 計畫競爭中獲勝，成為該計畫主承包商。
1970 年1 月1 日，F-15 發展契約（契約號 F33657-70-C-0300）正式生效，麥.道開始進入全尺寸研製階段。初始契約要求生產 20 架飛機用於工程發展，其中包括 10 架試驗型 F-15A（生產序列號 71-0280/0289）和 2 架 TF-15A（後改稱 F-15B）雙座教練型（71-0290/0291），還有 8 架全尺寸發展型 FSD 飛機，全部是 F-15A（72-0113/0120）。由於麥.道曾經研製過“鬼怪”戰鬥機，F-15 早期研製工作於其中獲益良多。喬治·格拉夫被任命為設計小組負責人，負責工程研製工作。項目經理唐·馬文則負責處理組織工作的實際問題，並確保項目進度。
1971 年4 月8日，F-15 評審工作最終完成。1972年6 月26日，第一架原型機 YF-15A（71-0280，代號 F-1）出廠。整個項目進展速度快得令人吃驚。當然，這一切很大程度上要歸功於早期的大量預研工作。
1972 年7 月27日，麥·道首席試飛員歐文·L·保羅斯駕駛 YF-15 F-1 號機從愛德華茲空軍基地起飛，開始這隻“雛鷹”的首次飛行。此次飛行持續時間50分鐘，最大飛行高度3,658 米，最大空速250節。此後，9架單座原型機（F-2/10）和 2 架雙座原型機（TF-1/2）相繼試飛。自此 F-15 長達30 餘年的輝煌歷史拉開了序幕。
設計特點 F-15採用的大型氣泡式座艙蓋 視界
為了提供良好的視界，，整體式風擋，座椅位置也安排得較高，飛行員幾乎 1/3 個身子露在機身外，使得飛行員具有上半球 360 度環視視界，正前方下視角達到 15°，相當出色。
機身F-15 機身為全金屬半硬殼式結構，分為三段。前段包括機頭雷達罩、座艙和電子設備艙，主要結構材料為鋁合金。中段與機翼相連，前三個框為鋁合金結構，後三個為鈦合金結構。後段為發動機艙，全鈦合金結構。
進氣道外側有凸出的整流罩，從機翼根部前緣向前延伸，大迎角下可以產生渦流，推遲機翼失速和提高尾翼效率，相當於邊條翼，但由於整流罩前緣半徑較大，具有較大吸力，氣流不易分離，其效果不如邊條翼好。整流罩結構經過機翼向後延伸，形成尾部支撐桁架（尾撐）結構，除了提供尾翼安裝空間外，大迎角下還能產生一定的低頭力矩，改善飛機的大迎角性能。
單塊式減速板位於機身背部，最大開度 35 度，可以在任何速度下打開，並不會改變飛機的俯仰姿態。
F-15 的機尾採用雙發小間距布局，減小了飛機阻力。
F-15 採用的機翼方案為：切尖三角翼，無前後緣機動襟翼，採用前緣固定錐形扭轉設計。前緣後掠45 度，機翼相對厚度為6%/3%（翼根/翼尖），展弦比為3，根梢比為5，翼面積56.48 平方米，下反角1°，安裝角0°。機翼上僅有後緣高升力襟翼和副翼共4個操縱面。
F-15 採用切尖三角翼翼形的原因是三角翼在改善機翼結構、增大機內容積方面有較大優勢，同時可以使飛機在跨音速區的阻力增加變得更加平緩，飛機跨音速時焦點移動量也較小，減小了配平阻力。
為了改善飛機亞音速性能，F-15 採用了前緣固定錐形扭轉設計，而沒有採用當時已經得到普遍套用的前緣機動襟翼——這種設計主要是從重量、製造工藝和系統複雜性方面考慮的。
機翼採用高達 3 的展弦比，配合較小的根梢比，有利於推遲翼尖分離，明顯減小了機翼誘導阻力；同時較大的展弦比提高了機翼升力線斜率，改善了機翼升力特性。這和能量機動理論中減阻增升的要求是一致的。當然，展弦比增大，超音速零升阻力係數也增大，增大了跨/超音速的波阻。這個缺點，則利用強大的發動機推力和其它方面的設計來彌補。
機翼結構為多梁抗扭盒型破損安全結構，前梁為鋁合金，後三梁為鈦合金。內側整體油箱的下蒙皮採用鈦合金壁板，其餘為鋁合金機加工整體壁板。機翼前後緣、襟翼、副翼均為全鋁蜂窩夾層結構。機翼的破損安全結構，配合承力蒙皮，只要有一根翼梁仍然完好，就可以支持飛機繼續飛行，大大提高了飛機的生存能力。
垂尾採用大展弦比、中等後掠角設計，前緣後掠角 37°，外傾 2°，高度較大，大迎角下可以明顯改善飛機的航向穩定性，從而保證 F-15 可以有效的進行大迎角機動。
F-15 的平尾為大後掠全動式低平尾設計，前緣後掠角 50°，具有前緣鋸齒和翼尖斜切設計。
F-15 垂直安定面和平尾都是全金屬蜂窩夾層結構。兩者的抗扭盒為鈦合金結構，蒙皮則是全厚度鋁夾芯和硼纖維層合板構成的蜂窩壁板，前後緣為全鋁蜂窩結構。方向舵梁肋為碳纖維複合材料，蒙皮則由硼纖維層合板和鋁夾芯構成。平尾和方向舵均可以左右互換。
發動機是 F-15 的另一個關鍵。普拉特.惠特尼研製的 F100-PW-100 發動機加力推力高達 11,340 公斤，為 F-15 的優越性能提供了堅實的基礎。這是一種軸流式渦扇發動機，涵道比 0.7，雙軸 3 級風扇+10 級高壓壓氣機+2 級渦輪。該發動機設計相當先進，推重比 7.8，可以左右互換安裝，在理想條件下拆卸時間只需要 20 分鐘。
航電設備F-15 裝備了大型脈衝都卜勒（PD）雷達，以提供先敵發現的優勢。戰術電子戰系統（TEWS）提供威脅告警信息。平顯和雙桿操縱系統（HOTAS）則大大減輕了飛行員搜尋、跟蹤、攻擊目標時的操縱負擔，並簡化了操縱程式。
為 F-15A 設計的是 AN/APG-63 全天候多模式雷達系統。APG-63 雷達工作在 X 波段，探測距離遠，具有下視下射能力。探測信息自動送往中央計算機，並和計算結果一起實時反饋給飛行員（通過平顯和下顯）。APG-63 具有多種對空工作模式，可以根據不同的搜尋方式或選擇的交戰模式來選擇不同的脈衝重複頻率（PRF）：遠程搜尋，使用中/高 PRF，根據飛行員選擇的搜尋距離（18.5~296 公里）確定 PRF，以期獲得較好的迎頭和尾追搜尋效果；速度搜尋，使用高 PRF，專用於迎頭高速接近的目標；近距搜尋，使用中 PRF，用於格鬥時為響尾蛇飛彈和航炮提供數據，具有 16、32、64 公里三種探測範圍，可以跟蹤多個目標。作為以上三種模式的備份，APG-63 還有一種非 PD 模式，使用低 PRF，只能提供上視能力——因為非 PD 模式無法過濾地面雜波。此外，APG-63 還有多種提供特殊功能的模式，包括：信標模式，用於向空中飛機的敵我識別系統（IFF）發射詢問信號；手動跟蹤模式，作為自動跟蹤模式的備份；被動模式，用於監測外部雷達輻射信號，同時自身只傳送微弱脈衝，以儘可能減小自我暴露的可能性；地圖測繪模式。
1973 年，APG-63 雷達投入使用。1979 年，該雷達裝備了可程式信號處理器（PSP），這是 PSP 首次在機載雷達上套用。這使得系統通過軟體編程就可以適應新的戰術、使用模式以及武器系統，而無需進行大規模硬體改進。1986 年，APG-63 停產，共生產大約 1,000 台，裝備所有 F-15A/B 型和早期 F-15C/D 型。但是 APG-63 並不完善。其平均維修間隔時間（MTBM）不到 15 小時。對該系統的航線可更換件（LRU）的技術支持日益困難。原因之一是很多部件採購困難，而採用新技術部件則往往要求重新設計系統而被迫放棄。另一方面，持續惡化的可靠性影響了飛機的部署。如果航空站沒有二級維修能力，就無法對雷達故障提供技術支援。此外，由於設計時的局限，APG-63 事實上沒有多餘的處理能力和存儲能力來升級軟體，應付日益增大的威脅。為此，從 F-15C/D 後期型開始換裝 APG-70 雷達。
APG-63(V)1 則是針對 APG-63 缺點所做的重大改型，在可靠性和可維護性方面有了明顯提高，以滿足用戶要求。作為美國空軍雷達換裝計畫的一部分，APG-63(V)1 將取代 APG-63 裝備 F-15C/D，以保證美國空軍雷達方面的優勢。(V)1 系統更換了發射機、接收機、數據處理器、低壓電源和信號數據轉換器。在系統能力增強的同時，可靠性提高了近 10 倍，MTBM 達到 120 小時。
武器系統
F-15可以使用多種對空武器。自動化的武器系統加上平顯和HOTAS使飛行員可以高效率的進行空戰，而無需將精力浪費在繁雜的武器操縱程式上。如果飛行員更改當前的武器選擇，平顯上的武器發射指引也將隨之自動改變。
根據最初的設計，F-15可以攜帶3種對空武器系統——M61A1“火神”機炮、AIM-9L/M“響尾蛇”紅外製導格鬥飛彈和AIM-7F/M“麻雀”半主動雷達制導中距空空飛彈等。
M61A1是在美國第三代戰鬥機上廣泛使用的一種航炮，F-15所有改型上均有裝備，主要用於距離600米以內的空戰，彌補格鬥飛彈的發射死區。其安裝位置在右翼根整流罩內，備彈940發（A~D)/500發（E）。航炮射速有4000發/分和6000發/分兩種，飛行員可以自行設定。
AIM-9L 是美國吸取越南戰爭的教訓，於70年代初期開始研製的具有全向攻擊能力的第三代“響尾蛇”空對空飛彈，曾被譽為“超級響尾蛇”。該彈的外形與AIM-9B相似，艙段布局與AZM-9D相同，而彈翼和陀螺舵則與AIM-9H一樣。它與AIM-9B外形的最大區別是，彈頭較尖、前舵面由三角形改為雙三角形。其導引頭採用氬製冷的銻化鋼探測器，探測靈敏度較高，飛彈能從前半球攻擊目標，攻擊角大幹90度。AIM-9L 的彈長為2.87米，彈徑為0.137米， 翼展0.63米，發射重量約為86千克，射程增大至18.5千米。最大速度增至M數2.5。
“麻雀”ⅠAIM-7A分為3個艙段，彈頭為引信/戰鬥部艙，彈體中部為制導控制艙，彈體中後部為固體火箭發動機艙，3個艙段用螺釘連線。由於採用雷達波束制導，其制導控制艙內裝的是陀螺儀、加速度計、天線和接收機、計算裝置、伺服機構、電瓶和高壓能源。飛彈發射後1s，由陀螺儀和加速度計組成的自動駕駛儀控制飛行，飛彈進入機載雷達AN/APG-51B的制導波束後，自動駕駛儀與伺服機構斷開，天線和接收機接收制導波束信號，計算裝置據此計算出飛彈相對於制導波束等強信號區的偏移量，通過伺服機構使全動式彈翼偏轉，使飛彈返回等強信號區，制導波束隨動於機載光學瞄準具視線，從而引導飛彈飛行所瞄準攻擊的空中目標，制導飛行時間20s。
“麻雀”ⅡAIM-7B飛彈採用主動雷達制導，其艙段布局和內部結構與“麻雀”Ⅰ不同；“麻雀”Ⅲ飛彈採用半主動連續波或脈衝都卜勒雷達制導，其艙段布局和內部結構與“麻雀”Ⅰ/Ⅱ不同，分為5個段艙，從前到後為導引頭、自動駕駛儀和電源、液壓舵機和液壓能源、引信/戰鬥部、固體火箭發動機，但其具體結構隨各自型號不同亦有較大區別。按作戰性能水平，“麻雀”系列空空飛彈可分為三代：第一代AIM-7A，只能用於尾追攻擊；第二代AIM-7C/7D/7E/7E-2，具有一定的全天候、全向攻擊能力；第三代AIM-7F/7M/7P/7R，具有全天候、全向攻擊、上視/上射和下視/下射能力。
作為AMRAAM飛彈家族的成員之一，AIM-120是美國研製的第一款主動雷達制導視距外空對空飛彈，十幾年來衍生了A、B、C、D四種型號，是世界多國空軍爭相採購的武器。2003年售價為每枚38萬6千美元。
AIM-120是美國研製的一種"發射後不管"的先進中距空對空飛彈,它首次使用便取得戰果,揭開了世界空戰史上新的一頁。在此之前的超視距空戰,由於大多採用半主動雷達制導的飛彈,發射飛彈後,載機必須保持對目標的跟蹤和照射,直至擊中目標。在這段時間裡,載機須基本上不能有大動作，這對載機和飛行員的安全是極大的威脅，因為被敵方擊中的機會很大。
服役史 F-15淺灰色“羅盤幽靈”空優塗裝
隨著盧克空軍基地改裝訓練部隊（RTU）的增加，美國空軍開始將它的第一批 F-15 分配到內利斯空軍基地的第 1 戰術戰鬥機聯隊下屬中隊擔負戰鬥值班。該中隊自 1976 年1月起開始換裝 F-15A/B。第一批 F-15A 交付的時候噴塗著淺藍色的空優塗裝。但這種塗裝方案很快就放棄了。德克薩斯州的天空也許是藍色的，但西歐的天空卻是淺灰色的，執行全球戰略的美國空軍不可能不考慮到這一點。之後（在F-15E 出現之前）所有的 F-15 全部換成了淺灰色的“羅盤幽靈”空優塗裝。
1977年駐德國比特堡空軍基地的第 36 戰術戰鬥機聯隊換裝 F-15 後開始具備初始作戰能力。同年 12 月，第三個換裝 F-15 的聯隊——駐新墨西哥州霍羅門空軍基地的第49戰術戰鬥機聯隊也開始擔負戰鬥值班。內利斯基地的第 57 戰鬥機武器聯隊是第4個換裝 F-15 的聯隊，該聯隊主要擔負高級訓練、評估測試以及戰術研究任務。為了對抗蘇聯在歐洲的威脅，繼國內部隊之後，駐荷蘭索斯特堡基地的第 32 戰術戰鬥機中隊於 1978 年9 月13日開始換裝 F-15A/B，該中隊雖是美國空軍部隊，但受荷蘭空軍指揮執行北約賦予的作戰任務。12 月佛羅里達州埃格林基地 33 戰術戰鬥機聯隊也開始換裝 F-15。1979 年9月，F-15C 投產並首先裝備第 18 戰術戰鬥機聯隊。此後，F-15C/D 逐步取代 F-15A 裝備一線部隊。
80 年代中期，第 21 混合聯隊（現改編成戰術戰鬥機聯隊）開始換裝 F-15A/B。該聯隊在 1990 年3月發生一起嚴重事故，一架 F-15 在空戰演習時誤射一枚AIM-9M 實彈，擊傷另一架 F-15。此事引起美國空軍的嚴重關注。隨後該聯隊隊長 H·S·斯托爾上校被解職。不過此事也證明了 F-15 頑強的戰場生存力。現在第 21 聯隊已經換裝 F-15C/D，並正在組建一個 F-15E 中隊。
最後裝備 F-15A/B 的是戰術空軍司令部下屬的 4 個戰鬥截擊機中隊（第 5、48、57、318 中隊），但它們卻為北美防空司令部執行防空任務。隨著大批F-16A Block15 進入戰鬥截擊機中隊服役，取代了 F-15A 的防空主力地位。1990 年10月1日，第 48 中隊撤編，此後美國本土再也沒有一個裝備F-15 的一線防空中隊。
1985 年9 月13日，第 6512 試驗中隊的一架 F-15A 從愛德華茲空軍基地起飛，躍升到 24,384 米高空，發射了一枚反衛星飛彈（ASAT），成功擊毀美國 1979 年2月發射的 P78-1 號伽馬頻譜儀衛星。這是 F-15 反衛星計畫第 15 次發射試驗，也是第一次實彈發射。原本計畫在第 48、318 中隊部署 ASAT，兩個中隊已經接受了 3~4 架經過改裝的 F-15,但由於美蘇簽訂了關於禁止在太空中試驗武器的協定，該計畫於1986年正式取消。
1987 年8 月1日，美國空軍第一支 F-15E 訓練部隊，第 461 戰術戰鬥機訓練中隊組建，隸屬於盧克基地的第 405 戰術訓練聯隊。1988 年7月，該中隊具備初始作戰能力。1989年10月，第4戰術戰鬥機聯隊（現更名為第4聯隊）下屬第 336 戰術戰鬥機中隊在換裝 F-15E 後開始具備有限的作戰能力，1990年8 月1日達到初始作戰能力。此後又有三個聯隊相繼裝備 F-15E。
使用者
除美國外還有以色列、日本、沙烏地阿拉伯、韓國、新加坡使用F-15系列戰機。
戰績
F-15戰鬥機在實戰中創造了累計擊落敵機96架，而F-15無一被擊落的驕人戰績。
一架在以色列的F-15與一架A-6相撞後，在左主翼脫落了一大半後仍然安全返回基地
發展趨勢
F-15C/D已計畫要由其後繼者F/A-22猛禽戰鬥機取代，F-15E預計在未來會在空軍中保持一定的數量。
性能諸元 外形尺寸 F-15三面線圖
人員： 1 (A/C), 2 (B/D/E)
全長： 63.75 ft (19.43 m)
翼展： 42.75 ft (13.03 m)
全高： 18.625 ft (5.68 m)
翼面積 608 ft2 (56.5 m2)
空重： 28,000 lb (12,700 kg)
空機重量12973千克，最大起飛重量30845千克（制空戰鬥機20244千克），最大燃油重量（機內）6103千克，（外掛，2個保形油箱和3個副油箱）9818千克，最大外掛武器載荷10705千克。
早期裝兩台普·惠公司F100-PW-100渦扇發動機，單台靜推力65.2千牛，加力推力105.9千牛，1991年後換裝推力為129千牛一級的F110-GE-129或F100-PW-229渦扇發動機。
最大平飛速度馬赫數2.5，進場速度232千米/小時，實用升限18300米，起飛滑跑距離（截擊）274米，著陸滑跑距離（截擊，不用減速傘）1067米，最大續航時間（無空中加油）5小時15分，（空中加油）15小時，轉場航程（帶保形油箱）5745千米，（不帶保形油箱）4631千米，限制過載9+/-3g。
主要機載設備休斯公司的AN/APG-70（C/D型）或AN/APG-63（A/B型）火控雷達，AN/ASN-108姿態/方向參考系統，AN/ALQ-119電子干擾吊艙，AN/ARN-118塔康系統，AN/ASN-109慣性導航系統，AN/AWG-20火控系統，AN/ASK-6大氣數據計算機，CP-1075/AYK中央數據計算機等。
航程C：轉場航程3000海里（攜帶適型油箱與三個外掛副油箱）
E：3100海里（攜帶適型油箱與三個外掛副油箱）、2400海里（攜帶副油箱）
A/B/C/D: 65,000 ft (19,800 m)
E: 50,000 ft (15,000 m)
爬升率 50,000 ft/min (15,240 m/min)
六個翼下、四個機身外側、一個機身中線掛點，總外掛可達16,000磅(7,300公斤)，武器包括：
航炮：M61A1航炮
飛彈：AIM-7“麻雀”空空飛彈、AIM-120先進中程空空飛彈、AIM-9“響尾蛇”空空飛彈
炸彈：F-15E可掛載美國空軍各種航空炸彈，包括自由落體核彈，以及GBU-28 4,500磅(2000公斤)碉堡穿透炸彈
F-15所有型號 F-15A F-15A最初生產型
單座制空戰鬥型，裝備F-100-PW-100發動機和AN/APG-63雷達，1972年7月27日首飛，於1974年11月交付使用。到停產為止，F-15A總計生產384架，裝備美國空軍366架，出口以色列42架。
1982年1月駐蘭利空軍基地的第48戰鬥截擊中隊開始換裝F-15A，成為第一個換裝F-15的防空中隊。
20世紀90年代中期以後，F-15A開始從一線部隊退役，轉給空中國民警衛隊。有6個州的空中國民警衛隊裝備有F-15A。F-15A/B兩機型共裝備了7個空中連隊和6個空中國民警衛隊中隊，以及以色列空軍的一個空軍中隊。
A型的雙座教練型，初稱TF-15A，後改稱F-15B。其結構重量增加了363千克，具有F-15A的全部作戰能力，但沒有裝備A的AN/ALQ-135電子干擾設備。外觀上主要區別是增加了一個后座教員席。后座教員席具有全部操縱能力，視界良好，可以在飛行包線內完成任何動作，包括起飛和著陸。由於B型主要用於訓練，因此后座無能力控制用於作戰的航電系統和武器設備。產量60架，其中7架出口以色列。
F-15B於1973年6月首飛。1974年11月第一架生產型交付駐亞利桑那州盧克空軍基地的第58戰術訓練聯隊。
F-15A/B的壽命中期改進計畫，於20世紀90年代開始實施。其主要目標是將F-15A/B升級到F-C/D的標準，包括更換AN/APG-70雷達、換裝新的航電設備、用新式數字式計算機取代老式的模擬式計算機等
在A型基礎上改進的單座制空戰鬥型。其內部載油量增加了1.116噸，採用改進型APG-63雷達，可在進氣道兩側加裝保形油箱。除了可裝載2.211噸JP-4燃油外，也可換裝偵查感測器、雷達探測、干擾設備、雷射標定裝置、微光電視設備和偵查照相機等設備。最初型仍採用F100-PW-100發動機，後來大部分改用F100-PW-220。最大起飛重量有所增加。在於A型的區別上只能通過機尾號識別（從“78-”到“86-”）產量488架，出口以色列24架、沙特75架。
目前為止，F-15C仍然是美空軍的主力制空戰鬥機，數量裝備約300架，總計裝備9個空軍聯隊和一個以色列空軍中隊。
C型的雙座教練型。同樣具有C型的全部作戰能力以及保形油箱。其關係類同B型與A型之間的關係。產量82架，出口以色列7架、沙特23架。
F-15C/D的中期改進計畫。其航電設備全面升級，包括：換裝雷達、座艙顯示器、電子戰系統以及數字式計算機。
利用第二架TF-15A改裝的雙座專用戰鬥轟炸型驗證機。他有麥道公司自行投資研製，用於和F-16XL競爭空軍F-111後繼機計畫，並在此基礎上研製出F-15E。
雙座全天候戰鬥轟炸機，它是根據1982年美國空軍計畫研製並投產的F-111後繼機。機身結構加強，座艙經過重新設計。後期型發動機升級為F100-PW-229。重點改進航電設備，包括：換裝APG-70雷達，加裝藍盾吊艙，以保證目標發現與識別以及改進武器發射精度，原來的二餘度模擬式CAS改進為具有自動地形跟隨能力的數字式三餘度電傳飛控系統，改用環形雷射陀螺慣導系統等。
1986年12月11日生產型首飛，1988年4月12日開始交付，原訂購392架，1988年削減到200架，後又增加到224架，現已全部交付完畢，總計裝備5個空軍聯隊。日本也裝備了3箇中隊
為沙特準備的F-15E單座方案，換裝新型發動機、雷達和座艙顯示器設備。沙特原準備在48架F-15S雙座型基礎上訂購24架F-15F，後全部改為F-15S。F-15F最終未能投產。
用於競爭希臘空軍戰鬥機計畫的F-15E出口型
以色列空軍裝備的F-15E出口型。它用以色列自行研製的SPS-2000系統取代了美國產的戰術電子戰系統，其他基本不變，發動機為後期型的F100-PW-229。前後總計訂購25架
1997年9月12日首飛，同年11月6日交付。目前已交付完畢，裝備以空軍1箇中隊
日本根據許可證生產的F-15C/D。計畫生產233架，前14架在美生產，其餘由日本三菱重工製造。和F-15C/D相比，主要是換裝了一些日本國產的航電設備。
F-15J/DJ共裝備7箇中隊，目前仍是日本航空自衛隊主力戰機
韓國訂購的F-15E出口型。和F-15E的主要區別是：改進了航電設備，加強了機身結構，改進了座艙顯示設備 航程增加了三分之一
基於NASA的主動推力矢量控制計畫的無尾隱形方案。為後來的F22隱形設計提供了一些經驗，為B-2的控制系統提供了一些經驗
F-15的海軍型方案,因起降距離太長，重量太重，下降時對航母甲板衝擊過大，資金太高而被迫放棄。
沙特訂購的F-15E簡化型。發動機為F100-PW-229，但航電設備水平降低，大量採用F-15C/D上的設備。雷達雖然是APG-70，但取消了地面測繪能力，性能和APG-63相當。此外還取消了部分電子對抗設備，降低了藍盾吊艙的性能。這一系列的改動使得該機的對地攻擊能力大打折扣。
1992年9月11日美國批准沙特的採購計畫——原訂購48架，後將F-15F單座型改為F-15S。1995年6月該機首飛，9月12日交付。目前已交付完畢。
美國空軍在F-15B的基礎上改裝的短距起飛/精確著陸技術驗證機。它採用三翼面布局，換裝數字式電傳飛控系統。發動機為F100-PW-220，但改用二元矢量噴口。該機主要用於驗證飛機在短距起飛和實用推力矢量控制(TVC)時，起飛、著陸以及空戰機動性能。
沙特訂購的F-15F/S的最初編號，後分別改為現編號
在F-15C基礎上發展的制空型。重點改進了航電設備和系統，以作為F-22計畫的一個低成本備份方案。1992年該計畫放棄。
NASA改裝的F-15B，作為主動控制技術的驗證機，採用三翼面布局。它由F-15S/MTD驗證機直接改裝而來，換裝了新研製的軸對稱推力矢量噴口——這是它和F-15S/MTD在外觀上的最大區別。發動機是F100-PW-229，外加推力192千牛。主要用於驗證不同迎角和馬赫數下推力矢量工作情況。
F-15專用偵查型方案，後因黑鳥偵查機實驗成功，偵查衛星相繼發射而不被採用，只生產一架驗證機。
由F-15C改進的防空壓制型方案，具備精確打擊能力
F-15E 的新加坡版本，配備了主動相控陣雷達、頭盔顯示系統、高精度瞄準吊艙等先進設備，作戰半徑超過1800公里，最大載彈量10噸。
F-15SE具備部分隱身性能的F-15戰鬥機的最新改進型。該機採用了與F/A－18“大黃蜂”戰鬥機類似的向外傾斜的垂尾，以及可以在內部設定武器艙的保形油箱(CFT)。
