類型 戰鬥機，攻擊機 生產公司 麥克唐納飛行器公司麥克唐納-道格拉斯公司 首次飛行 1958年5月27日 使用狀態 631架在美國以外的國家服役，無人駕駛型至2009年仍在美國服役 主要用戶 美國空軍美國海軍美國海軍陸戰隊 生產年份 1958年-1981年 生產數量 5,195 單位造價 240萬美元（F-4E）F-4於1960年服役，1970和1980年代成為美國空中力量的主力。取代F-4的是新一代的戰鬥機，如空軍的F-15“鷹”式戰鬥機、F-16“戰隼”式戰鬥機，海軍的F-14“雄貓”式戰鬥機，海軍和海軍陸戰隊的F/A-18“大黃蜂”式戰鬥攻擊機。美國空軍使用的F-4G野鼬鼠與RF-4C偵察機參加了海灣戰爭，稍後於1996年退役，一部分F-4在退役之後改裝為QF-4無人靶機。
F-4的生產從1958年一直到持續到1981年，總產量5,195架[3]，在西方戰鬥機中僅次於F-86“佩刀”式戰鬥機（產量約10,000架）。
F-4“鬼怪 II”式戰鬥機原本是為美國海軍設計的艦載防空戰鬥機，於1960年開始服役。到1963年，美國空軍也裝備了這種飛機，並把它當作戰鬥攻擊機使用。在1981年關閉生產線前，F-4共生產了5,195架。該機是到2009年為止產量最大的美國超音速軍用飛機（F-16仍在生產，產量能否超過F-4還不得而知）。在它的後繼機種F-15“鷹”式戰鬥機投產之際，F-4成為持續生產時間最長的戰鬥機：長達24年。F-4所採用的創新技術包括先進脈衝都卜勒雷達，機身骨架中大量使用鈦。
類型 戰鬥機，攻擊機 生產公司 麥克唐納飛行器公司麥克唐納-道格拉斯公司 首次飛行 1958年5月27日 使用狀態 631架在美國以外的國家服役，無人駕駛型至2009年仍在美國服役 主要用戶 美國空軍美國海軍美國海軍陸戰隊 生產年份 1958年-1981年 生產數量 5,195 單位造價 240萬美元（F-4E）儘管有較大的尺寸和重達27,000千克的最大起飛重量，F-4的最大飛行速度可達2.23馬赫，海平面爬升率達到210米/秒[10]。F-4在服役後1959-1962年之間創造了15項飛行世界紀錄，包括絕對速度紀錄（2,585.086千米/小時）和絕對飛行高度紀錄（30,040米）。這些紀錄直到1975年F-15“鷹”式戰鬥機開始刷新後，仍有五項未被打破。
F-4有9個外掛架，最大外掛重量達8,480千克，可以掛載的武器包括空空飛彈，空地飛彈、制導、非制導和核炸彈等[13]。美國海軍當時服役的F-8“十字軍”戰鬥機設計上用於近距格鬥空戰。按照截擊機要求設計的F-4跟當時所有的截擊機一樣，強調遠程攔截能力，而忽視近距格鬥空戰的要求，因此沒有安裝航炮。在捲入近距格鬥時，F-4的雷達官或武器官（RIO或WSO，通常稱為“后座者”或“後排者”）目視或操作雷達搜尋敵方戰鬥機。到越南戰爭末期，F-4已經成為美國海軍和空軍的主力戰機。
由於其卓越的性能和在美國及其盟友的廣泛裝備，F-4成為冷戰的標誌之一。F-4參加了越南戰爭和中東戰爭，美國宣稱F-4在東南亞取得了277場空戰的勝利，對地攻擊的次數更是不計其數。以色列宣稱在歷次中東戰爭中，參戰的F-4取得了擊落敵機116架的戰績。伊朗宣稱在兩伊戰爭期間，F-4共擊落84次各型伊拉克飛機。
類型 戰鬥機，攻擊機 生產公司 麥克唐納飛行器公司麥克唐納-道格拉斯公司 首次飛行 1958年5月27日 使用狀態 631架在美國以外的國家服役，無人駕駛型至2009年仍在美國服役 主要用戶 美國空軍美國海軍美國海軍陸戰隊 生產年份 1958年-1981年 生產數量 5,195 單位造價 240萬美元（F-4E）美軍的F-4飛行員中湧現出一批王牌飛行員。越南戰爭期間的王牌飛行員（擊落5架以上敵機）包括：空軍的一名F-4駕駛員和兩名F-4武器官，海軍的一名F-4駕駛員和一名雷達官[19]。F-4後來被改裝為偵察和電子戰飛機，用於執行SEAD（Suppression of Enemy Air Defenses，壓制敵方防空）任務，美國空軍的F-4G野鼬鼠和國民航空警衛隊的RF-4C參加了1991年的海灣戰爭。
F-4還是唯一一種同時被美軍兩支飛行表演隊選為表演機型的飛機[21]。美國空軍的“雷鳥”飛行表演隊和美國海軍的“藍天使”飛行表演隊在1969年分別換裝F-4E和F-4J。F-4在“雷鳥”飛行表演隊中服役了五年，在“藍天使”飛行表演隊中服役了六年。
F-4的基本性能（2倍馬赫極速、大航程、大載彈量）一直影響到美國的下一代戰鬥機。美國空軍後來用F-15“鷹”和F-16“戰隼”戰鬥機替代了F-4；美國海軍則換裝F-14“雄貓”戰鬥機和F/A-18“大黃蜂”戰鬥攻擊機，F/A-18的設計幾乎完全繼承了F-4“同時兼顧空戰和對地攻擊”的思想。
1952年，麥克唐納飛行器公司執行長詹姆斯·S·麥克唐納指派首席空氣動力學家戴維·劉易斯出任早期研發部經理。雖然當時沒有軍用飛機競標項目，早期研發部經過分析後認為：海軍將需要一種全新的機種——戰鬥攻擊機。
1953年起，麥克唐納飛行器公司開始修改F3H“魔鬼”艦載戰鬥機的設計，以期獲得更大的載彈量和更好的性能。一系列改進方案包括在飛機上安裝一台懷特J67發動機、或兩台懷特J65發動機、或兩台通用電氣J79發動機。經過計算，安裝J79發動機後可獲得馬赫1.97的極速。1953年12月19日，麥克唐納向美國海軍提出了“超魔鬼”戰鬥機方案，該機採用了獨特的模組化設計，根據任務需要搭載單人或雙人座艙，以及不同的機頭模組，包括雷達、照相機、四門20mm（.79英寸）機炮、56枚摺疊翼無控航空火箭彈，機翼和機身下設9個外掛點。美國海軍對此表現出濃厚的興趣，並訂購了一架這種F3H-G/H戰鬥機的全尺寸模型。但是當時的海軍也認為，即將投入服役的F-11“老虎”和F-8“十字軍”戰鬥機已經滿足了超音速艦載戰鬥機的需求。
類型 戰鬥機，攻擊機 生產公司 麥克唐納飛行器公司麥克唐納-道格拉斯公司 首次飛行 1958年5月27日 使用狀態 631架在美國以外的國家服役，無人駕駛型至2009年仍在美國服役 主要用戶 美國空軍美國海軍美國海軍陸戰隊 生產年份 1958年-1981年 生產數量 5,195 單位造價 240萬美元（F-4E）海軍要求麥克唐納將他們的設計修改為一種全天候戰鬥轟炸機，配備11個武器外掛點。1954年10月18日，麥克唐納飛行器公司收到了製造兩架YAH-1原型機的意向書。1955年5月26日，四名到訪公司的海軍軍官用一個小時的時間向公司闡述了全新的設計要求：因為海軍已經有A-4“天鷹”攻擊機擔任對地攻擊任務，F-8“十字軍”戰鬥機擔任制空任務，所以麥克唐納的新型飛機定位為一種全天候艦載截擊機。飛行員從一人增加到兩人，后座的武器官將負責操作機載雷達。
XF4H-1的設計要求為攜帶4枚AIM-7“麻雀”雷達制導中程空對空飛彈，裝兩台J79-GE-8發動機。這種發動機還裝備在F-101“魔術師”戰鬥機上，它較小的體積能增加機內燃油攜帶量，並通過固定幾何式進氣道工作。機翼設計成45°的後掠翼，還安裝了吹氣襟翼以改善飛機在低速下的操作性。
風洞測試表明，原有的翼型會出現側面不穩定的情況，有必要把機翼上反角增加5°。然而，這樣修改設計意味著要重新設計機身中段的鈦質骨架結構，因此麥克唐納的工程師採取了一種新方法：把機翼尖端部分彎曲12°，恰好等效於將整個機翼彎曲5°。機翼尖端的犬齒前緣結構也改善了飛機在大迎角時的可操作性。全動式水平尾翼的下反角定為23°，以提高飛機在大迎角時的可操作性，同時避免水平尾翼受到發動機的氣流衝擊。同時，飛機進氣道增加一塊可動面板，以調節超音速飛行時進入發動機的氣流。機頭安裝AN/APQ-50型雷達，該機從而獲得全天候截擊能力。機頭部分加長20英寸（50厘米）以增加起飛時的迎角。
類型 戰鬥機，攻擊機 生產公司 麥克唐納飛行器公司麥克唐納-道格拉斯公司 首次飛行 1958年5月27日 使用狀態 631架在美國以外的國家服役，無人駕駛型至2009年仍在美國服役 主要用戶 美國空軍美國海軍美國海軍陸戰隊 生產年份 1958年-1981年 生產數量 5,195 單位造價 240萬美元（F-4E）曾經有提案建議將F4H命名為“撒旦”或“密特拉”（古波斯的光明之神）。最後該機被賦予的名稱是較少爭議的“鬼怪II”，“鬼怪”之稱在之前已經被用來命名麥克唐納研製的另一種噴氣式戰鬥機FH-1。美國空軍曾打算將該機編號為F-110A“幽靈”，但是沒有付諸實施。
1955年7月25日，美國海軍訂購了兩架實驗型的XF4H-1和五架預生產型的YF4H-1。原型機於1958年5月27日首次試飛，飛行員是羅伯特·C·利特。首飛中由於液壓系統的問題，使得起落架未能正常收起，但後續飛行中這一問題沒有再出現。在檢查了最初幾次試飛的數據後，工程師對進氣道進行了重新設計，包括在進氣道增加小型引氣口。該機和XF8U-3“十字軍III”的競爭也是如火如荼。1958年12月17日，美國海軍宣布F4H獲勝，主要考慮是F4H的雙座設計有利於減輕飛行員的負擔。由於J79-GE-8發動機未能按時交貨，首批量產的F-4安裝的是J79-GE-2和J79-GE-2A發動機，使用加力燃燒室時單台推力為71.8千牛。1959年，F-4開始進行航母實用性評估。1960年2月15日，該機在美國海軍獨立號航空母艦上完成了第一次艦上起降。
越南戰爭期間，美國空軍的KC-135空中加油機為F-4C加油。這些F-4C掛載了750磅常規炸彈、麻雀空空飛彈和副油箱。在量產階段的初期，F-4的雷達被更換成更大的AN/APQ-72型，機頭雷達罩變得更大，因此重新設計了座艙蓋，增大了駕駛員的視野，減少后座艙的幽閉感。鬼怪式還有多種改進型，詳細介紹參見接下來的衍生型號部分。
類型 戰鬥機，攻擊機 生產公司 麥克唐納飛行器公司麥克唐納-道格拉斯公司 首次飛行 1958年5月27日 使用狀態 631架在美國以外的國家服役，無人駕駛型至2009年仍在美國服役 主要用戶 美國空軍美國海軍美國海軍陸戰隊 生產年份 1958年-1981年 生產數量 5,195 單位造價 240萬美元（F-4E）美國空軍是在國防部長羅伯特·麥克納馬拉要求美軍裝備一種三軍通用戰鬥機的壓力下接收F-4的。在F-4擊敗了F-106“三角標槍”贏得了“高速行動”之後，美國空軍在1962年1月向海軍借用了兩架F-4B，暫時命名為F-110A“幽靈”，隨後空軍提出發展一種適合空軍的鬼怪式衍生型號。和海軍強調截擊性能不同的是，空軍更希望鬼怪式能成為一種戰鬥轟炸機。1962年9月18日，麥克納馬拉下令統一鬼怪式的編號，F-4的海軍型命名為F-4B，空軍型為F-4C。首架空軍型的鬼怪式於1963年5月27日首飛，在第一次飛行中就突破了兩倍音速。
美國本土的F-4生產線一直運作到1979年，一共建造了5,195架（麥克唐納生產了5,057架，日本三菱生產了138架）。該機因此成為史上建造數目第二的美國軍用噴氣式飛機，占據產量第一名的是F-86“佩刀”式戰鬥機。美國空軍共接收了2,874架F-4，海軍和海軍陸戰隊接收了1,264架，其餘的出口到其他國家。在美國本土製造的最後一批F-4出口到了土耳其，最後製造的一批F-4是由日本三菱重工集團製造的F-4EJ。截至2008年，全世界仍有631架F-4在多個國家的空軍服役，一批F-4在改裝成無人駕駛飛機後，繼續在美軍中服役。
在該機還處於研製階段時，美國海軍就用其進行了多次創紀錄飛行，以展示這種新型戰鬥機的優異性能。
高飛行動：1959年12月6日，第二架XF4H-1原型機爬升到30,040米，打破了之前由蘇聯蘇霍伊T-43-1（蘇-9戰鬥機的原型機）創造的28,852米的原世界飛行高度紀錄。執行這次飛行的是美國海軍飛行員小勞倫斯·E·菲林特，他首先將飛機在14,330米高度加速至2.5馬赫，然後以45°角爬升到27,430米，最後關閉發動機，任由飛機順著慣性爬升至最高點。當飛機下降到21,300米後，菲林特重啟發動機並恢復正常飛行模式。
1960年9月5日，一架F4H-1創造了500千米閉合航線平均速度1,958.16千米/小時的世界紀錄。
類型 戰鬥機，攻擊機 生產公司 麥克唐納飛行器公司麥克唐納-道格拉斯公司 首次飛行 1958年5月27日 使用狀態 631架在美國以外的國家服役，無人駕駛型至2009年仍在美國服役 主要用戶 美國空軍美國海軍美國海軍陸戰隊 生產年份 1958年-1981年 生產數量 5,195 單位造價 240萬美元（F-4E）1960年9月25日，一架F4H-1創造了100千米閉合航線平均速度2,237.26千米/小時的世界紀錄。
LANA行動：為慶祝美國海軍航空隊建軍50周年（L是羅馬數字的50，ANA是海軍航空隊周年紀念（Anniversary of Naval Aviation）的縮寫），1961年5月24日，一隊鬼怪式進行了橫跨美洲大陸的飛行，在進行了多次空中加油的情況下，它們僅用不到三個小時就完成了飛行。最快的一家飛機平均速度達到1,400.28千米/小時，耗時2小時47分。美國海軍飛行員小理察·F·戈登中尉（後來成為NASA的太空人）和雷達官鮑比·朗中尉因此贏得了1961年的邦迪克斯杯。
傳奇燃燒者行動：1961年8月28日，一架鬼怪式在4.82千米閉合航線低於40米飛行中創造了1,452.826千米/小時的世界紀錄[12]。在此之前的1961年5月18日，美國海軍飛行員J.L.菲爾斯曼在衝擊這項世界紀錄的嘗試中，因為俯仰阻尼器失效，飛機空中解體而身亡。
天空燃燒者行動：1961年12月22日，一架進過改裝的鬼怪式（加裝噴水設備）創造了飛行速度2,585.086千米/小時的絕對世界紀錄。
1961年12月5日，另一家鬼怪式創造了平飛高度20,252.1米的世界紀錄。
高跳行動：鬼怪式在1962年初期創造了一系列爬升高度耗時世界紀錄，包括34.523秒爬升到3,000米、48.787秒爬升到6,000米、61.629秒爬升到9,000米、77.156秒爬升到12,000米、114.548秒爬升到15,000米、178.5秒爬升到20,000米、230.44秒爬升到25,000米和371.43秒爬升到30,000米[12]。這一時期的鬼怪式在最後一次創紀錄飛行中突破了最大飛行高度100,000英尺的紀錄，但這一結果沒有得到官方的承認。
鬼怪式共刷新了16項飛行世界紀錄，除了天空燃燒者行動外，所有創造飛行紀錄的飛機都沒有經過改裝。其中五項速度紀錄直到1975年F-15“鷹”式戰鬥機出現之後才被打破。
類型 戰鬥機，攻擊機 生產公司 麥克唐納飛行器公司麥克唐納-道格拉斯公司 首次飛行 1958年5月27日 使用狀態 631架在美國以外的國家服役，無人駕駛型至2009年仍在美國服役 主要用戶 美國空軍美國海軍美國海軍陸戰隊 生產年份 1958年-1981年 生產數量 5,195 單位造價 240萬美元（F-4E）F-4“鬼怪”式戰鬥機飛行錄像在空戰中，鬼怪式的最大優勢是它的發動機推力，這種優勢使得一個技術優良的飛行員能夠自由地加入和退出空戰。這種重型戰鬥機的特長是使用雷達制導中距空空飛彈進行超視距空戰，而在近距格鬥戰中，它的表現比不上敏捷的蘇聯戰鬥機。儘管在副翼橫滾中該機很容易進入螺旋無法退出，飛行員們普遍反映，這種飛機在其飛行包線內的表現是非常出色的。1972出現的改進型F-4E在機翼上增加了前緣縫翼，極大地提高了飛機在高速狀態下的大迎角操作性。
由於J79發動機在運行時會產生大量的黑煙，使得對手很容易定位鬼怪式飛機，這種缺點在鬼怪式和小型戰鬥機的空戰中表現得尤為明顯。飛行員可以通過使用加力燃燒室來減少煙霧，但是這樣會消耗大量的燃料。有些飛行員則採取以下的策略：一台發動機工作在常規模式，另一台則啟用加力燃燒室，這樣可以在獲得軍事任務需要的推力的同時不至於產生過多暴露行蹤的煙氣。
鬼怪式最大的設計缺陷是沒有安裝內置航炮。當時流行的教條是：在超音速下進行近距格鬥空戰是不可能的，因而飛行員訓練中只有很少的空戰格鬥部分。然而在實戰中，亞音速條件下的近距格鬥空戰經常發生。新列裝的熱源和雷達制導空空飛彈可靠性不佳，為了確保擊中目標，飛行員不得不採用一次發射多枚飛彈的方法，往往把本來就不多的飛彈迅速耗盡。為了避免空戰中出現彈藥耗盡的情況，越南戰爭期間美軍交戰規則甚至禁止在大多數情況下使用長射程飛彈，而要求飛行員在視野可及的範圍內作戰。很多飛行員發現，自己即使能咬住敵機的尾巴，也會因為距離過近而無法使用短程的“獵鷹”或“響尾蛇”飛彈。從1967年起美國空軍的F-4C開始攜帶SUU-16或SUU-23機炮吊艙，相當於攜帶了一門20毫米口徑航炮，可是由於缺乏配套的瞄準計算機，這種機炮的命中率很低。美國海軍陸戰隊的一些F-4甚至吊裝兩個機炮吊艙，在空戰中掃射以提高命中率。加裝機炮吊艙還增加了飛機的阻力，降低飛行性能。實戰結果表明，除非飛行員操作熟練，否則機炮吊艙的命中率很低，但是其戰鬥效率依然比飛彈要高。自F-4E之後，F-4系列的戰鬥機都裝備了內置的20毫米口徑M61“火神”航炮。
類型 戰鬥機，攻擊機 生產公司 麥克唐納飛行器公司麥克唐納-道格拉斯公司 首次飛行 1958年5月27日 使用狀態 631架在美國以外的國家服役，無人駕駛型至2009年仍在美國服役 主要用戶 美國空軍美國海軍美國海軍陸戰隊 生產年份 1958年-1981年 生產數量 5,195 單位造價 240萬美元（F-4E）