复杂的 AWG-9 雷达火控系统
AWG-9 的操作由后座的雷达截获官负责，后座没有飞行操控装置，所以雷达截获官只需专心操作火控系统。后座仪表板上有两具阴极射线显示器，分别显示 AWG-9 的详细资料与战术资料。其中详细资料显示器是圆形，显示原始的目标资料；战术资料显示器为方形，在圆形显示器上方则，提供经过计算机分析、处理和计算过的资料，包括敌我识别、电脑标出的目标威胁程度等，只要目标一进入不死鸟导弹的射程，显示器就会将该目标符号闪烁，以提醒雷达截获官注意。战术资料显示器还可以显示通过数据链获得的其他目标。
F-14A 后座舱，注意圆形的详细资料显示器与上面的战术资料显示器
雄猫机体在座舱下的机身中安装一门通用电气公司（General Electric）20mm （Vulcan）机炮，最大射速 6,000 发/分，备弹 675 发，供弹鼓设置在座舱下的机身中，弹药通过柔性传送带传送至机炮。空空导弹包括 3 种：AIM-54、AIM-7、AIM-9。其中 AIM-54 不死鸟空空导弹是与 AWG-9 武器系统的一部分，除了 F-14，AIM-54 没有使用在任何其他飞机上。凭借 AIM-54，雄猫战斗机可以击落 185 公里外的目标，符合美国海军舰队防空的要求。
M61 火神（Vulcan）机炮
休斯研制的 AIM-54 是一种主动雷达制导的远程空空导弹，目前有 AIM-54A/B/C 三个型号。1972 年 4 月 28 日，AIM-54A 进行首次实弹试射，击中了 116 公里外的目标。1973 年 11 月 22 日，一架 F-14 在加州莫古岬航空站（NAS Point Mugu）以时速 0.78 马赫，高度 7,600 米，38 秒内发射了六枚不死鸟导弹，攻击六个无人靶机，其中除了两枚导弹未击中目标外，其余四枚均告命中。在其他的测试中，不死鸟导弹还命中过模拟高空高速入侵的 MiG-25 和 Tu-26 逆火的靶机。这些测试证明了 AIM-54 的可靠性与精确度。1975 年 1 月 28 日，AIM-54A 获准服役，开始担负舰队防空重任，其面对的不仅是苏军飞机，还有其发射的反舰导弹。
太平洋导弹测试中心的 F-14A 正在试射 AIM-54
AIM-54 全长 3.96 米，弹径 0.38 米，翼展 0.914 米，总重 443 斤，战斗部 60 千克。最大高空速度 5 马赫，最大过载 17 G。不死鸟在发射后要经过三个阶段，一是惯性制导阶段，导弹依靠惯导系统向目标大至方位飞去；二是半主动制导阶段，载机的 AWG-9 雷达为导弹提供目标照射使导弹发现目标，如果同时有多枚导弹，则为每个导弹轮流照射；最后不死鸟主动雷达自己发现目标，完成攻击。不死鸟主动雷达的有效距离则为 18.5 公里，而最大射程为 185 公里，所以 F-14 不能实现发射后不管。F-14 最多可挂载 6 枚 AIM-54 导弹，在机腹下需要加装 4 个不死鸟挂架挂载 4 枚，翼套挂架下可挂载两枚。在 F-14 更多地执行对地任务后，不死鸟挂架可以通过转换挂架来挂载重磅激光制导炸弹。
AIM-54B 简化了生产工艺，AIM-54C 是 1986 年开始服役的现代化型，其所使用的电子设备由原来的模拟式改成了数字式，并应用大规模集成电路，提高可靠性与抗干扰能力，所有不死鸟导弹一共生产总数 2,500 枚。
1971 年，格鲁曼的 F-14A 参与了美国空军 IMI 计划的竞争。IMI（改进型有人驾驶截击机——Improved Manned Interceptor）计划旨在寻找康维尔（Convair）F-106 的后继机。为了提高航程，空军型 F-14A 在机腹安装了巨大的保形油箱，并可以附加四个副油箱以提高航程。F-14A 符合 IMI 大多数的性能要求。为了向军方展示，格鲁曼将 303E 的全尺寸木模改成空军型。结果麦道（McDonell-Douglas）的 F-15 中选。同年海军也曾要求麦道公司提出 F-15 海军型 F-15N 来与 F-14A 竞争，但由于重量、成本的增加以及性能的下降而出局。看来当时的技术条件下，一种战机很难满足各军种的不同需求。
F-14A 空军型木模
1971 年底，海军航空系统司令部（Naval AirSystem Command）与格鲁曼公司签订了购买 301 架生产型 F-14A 的合同，这意味着事隔 12 年（1957 年的 ）之后，格鲁曼战斗机重返航母甲板。
生产型的 F-14A 与原型机/预生产型之间的差别很小，主要在于机鼻下的电子吊舱与机身后部区域。生产型尾部进行了修形，并改变了减速板的形状，尾部箔条/曳光弹发射装置和放油管进行了重新的布置。另外扩大翼套整流段，机背看起来丰满了一些。
生产型 F-14A 开始在机鼻下安装电子吊舱，其中包括 ECM 电子战设备或红外传感器、也有两者都安装的，随着生产批次的不同而不同，甚至有些雄猫鼻下空空，没安装任何设备。早期的红外传感器是配备平衡环装置的 AN/ALR-23 红外探测吊舱（InfraRed Detection Set）。AN/ALR-23 可以独立操作或是与雷达系统混合使用，能提供目标的大致位置与距离，供不死鸟导弹与响尾蛇导弹使用。在多次的的演习中，IRDS 曾多次发现高空中开加力的目标与远距离外的巡航导弹。1979 年起，格鲁曼在后期型 F-14A（Block95 及以后）雷达罩顶端安装了短空速管，另外还引入了诺斯罗普公司（Northrop）发展的电视摄像组件（Television camera set-TCS），为此去除了红外传感器。
机鼻下的 TCS 吊舱
安装了 TCS 之后，F-14 的飞行员获得了远距跟踪与识别目标的能力（能见度良好的情况下能达到 3~5 公里），在有些 F-14 乘员的报告中提到可以识 别14 公里之外的飞机。TCS 可以随动于机载雷达，在雷达发现目标后，TCS 自动进行搜寻、捕获与锁定。TCS 生成的黑白图像可显示在飞行员与雷达截获官座舱下显中，另外可以被储存在战术数据记录系统（Tactics Data Recording System-TDRS）的磁带式录像机中（在最新式的飞机，如 F/A-18E/F中，已改成全数字的硬盘录像系统）。另外的标准配备还包括 UHF（超高频）和 VHF（甚高频）无线电，IFF（敌我识别）应答机、凯瑟公司（Kaiser）HUD 平显。其中凯瑟的平显设计可谓独具一格，将整个风挡玻璃内侧作为反射层，简化了设计，所以 F-14（除 D 型）的前风挡就显得绿幽幽。