格鲁曼一共生产了 38 架 F-14B，其中根据生产中改进又分为 3 个批次：Block145 18 架，Block150 15 架，Block155 5 架。1988 年初，VF-101 中队第一个换装 F-14B，89 年初，VF-74“恶魔”中队在欧西那（NAS Oceana）航空站成为第二个换装中队，年底接收了全部 10 架。该中队指挥官格里索姆（Gus Grissom,Jr）和雷达截获官麦克基（Bob McGee）中尉成为第一个在 F-14B 上发射 AIM-54 导弹的机组，格里索姆说：“F-14B 是一种性能卓越的战斗机，5,000 英尺高度时从 200 节加速到 600 节只需 24 秒——每 3 秒钟速度增加 50 节。改进的直接力控制系统使着舰最后一秒钟的姿态控制更加容易了。”
VF-101“黑暗镰刀手”是首个换装 F-14B 的中队
VF-211 中队全副武装的 F-14B
从 F-14B 开始，F110 发动机的 F-14 有了个非正式的绰号“超级雄猫”，这个绰号源自 F101DEF 测试时，格鲁曼在那架原型机的垂尾上写的“超级雄猫”——对 F-14 改进计划的期望。
Armstrong Part6 最后的雄猫战机
1987 年 11 月，格鲁曼卡沃顿试飞中心跑道上起飞了一架经过重大改进的 F-14A。这架飞机外表普通（机号 501，BuNo 161865），内部却安装了为 F-14D 计划研制的雷达、航电与数字式仪表。F-14D 是为了解决美国海军对现代化截击机/战斗机的性能需求而出现的。
F-14D 原型机，BuNo 161865，外表是一架普通的 A 型，但是改装了先进的航电系统
F-14D 是在 F-14B 基础上改进的，外观上的不同只能从机鼻下双舱的光电吊舱看出来，新的光电吊舱集成了电视与红外系统，同时去掉了翼套下的电子战天线。1984 年 7 月海军与格鲁曼签订发展与生产合约，第一架（BuNo 163412，雄猫的第 596 架）批次 Block155。
首架新制造的 F-14D，BuNo 163412，注意机鼻下双舱的光电吊舱
F-14D 安装了休斯 AN/APG-71 雷达，AN/APG-71 是 AWG-9 的改进型号，不过利用了美国空军 F-15 鹰多阶段改进计划中的 APG-70（F-15E 雷达）的技术，大幅提高抗干扰性能。AN/APG-71 雷达天线本身是一种低旁波瓣辐射的天线，而且它可以滤除从旁波瓣进入的干扰波，再加上它可以用单脉冲进行准确的角度跟踪，所以想要干扰 AN/APG-71 雷达是相当困难的。
正在作 AN/APG-71 雷达维护的 F-14D
这具雷达改进了它的多普勒测距信号的频率调变模式，使得它对于地面杂讯有较佳的解析度。在空对空模式方面，AN/APG-71 雷达将 AWG-9 的低脉波重复频率（Pulse Repetition Frequency, PRF）改为中 PRF，对迎头的空中目标锁定方面有较好的表现，能够测得更准确的距离。据说 AN/APG-71 雷达可以测出迎头目标的发动机压缩叶片的数目，进而获知发动机型号与飞机的型号。AN/APG-71 雷达最大发射功率 5 千瓦，仅为 AWG-9 的一半，但最大搜索距离反而增加了。由于采用了 APG-70 的新型高速数字信号处理器，处理能力比 AWG-9 提高了六倍。数字式扫描控制。同时 APG-71 还保留了 AWG-9 下视/下射脉冲都普勒扫描/跟踪能力。AN/APG-71 能同时跟踪 24 个目标，同时攻击其中的的 6 个，雷达作用高度范围 24 米至 24,000 米。
F-14D 独特的光电吊舱
另一个改进重点在航电系统的数字化改进，增加两台 AYK-14 任务计算机，可编程数字控制显示器，ASN-139 数字式导航系统，数字存储管理系统和红外搜索/跟踪系统，ALR-67 雷达告警接收机，ALQ-165 机载自卫干扰系统。
原先雄猫装备的 AWS-27B 双向数据链系统可以与 E-2C 的机载战术资料系统（Airborne Tactical Data System）交换资料，但缺点是仅能以 E-2C 联网，一旦 E-2C 超出通讯距离通讯便中断。所以在 F-14D 中引入了联合战术信息分配系统（Joint Tactical Information Distribution System -JTIDS）。JTIDS 是海军飞机之间共享语音与雷达信息的保密数据链，这样 F-14D 可将自己的雷达信息传送给其他保持雷达静默的同伴，另外周围其他海军飞机，如 F-18 和 E-2C 在保持雷达待机状态时也可接受 F-14D 的信息。
为了提高安全性，F-14D 将原来的马丁-贝克 GRU-7A 弹射座椅改为海军人员通用逃生系统。海军人员通用逃生系统是指马丁-贝克（Martin-Baker）MK14 零高度弹射座椅。MK14 取消了头靠上部的两个弹射拉环，并安装有电子定序器，根据飞机的速度和高度自动调节座椅，实现精确弹射。
左：F-14D 的马丁-贝克 MK14 右：F-14A/B 使用的马丁-贝克 GRU-7A 弹射座椅，头靠上安装有弹射拉环
休斯公司为 F-14D 改进了不死鸟导弹—— AIM-54C(+)，AIM-54C(+) 自带冷却系统，无需 F-14 供应冷气，并且改进了抗干扰装置。F-14D 增强了对地攻击能力，不再是纯粹的制空战斗机，雷达增加了地攻模式，换装的 HUD 与 F/A-18 的十分相似。F-14D 可以安装与 F/A-18 一样的 BRU-32 炸弹挂架，能挂载海军所有的空地炸弹。
作为 F-14 改进计划的一部分，休斯公司的 AIM-120AMRAAM 准备取代 AIM-7 麻雀作为 F-14D 的中程导弹，AIM-120 重量是 AIM-7 的三分之二，射程更远，战斗部更大，但由于改装经费不足，此计划已被冻结。另外 F-14D 还能实验过挂载德州仪器（Texas Instruments）的 AGM-88 反辐射导弹。海军于 1982 年 12 月开始装备 HARM，并且在 1985 年 3 月 24 日入侵利比亚的黄金峡谷行动中（OPRATION ELDARADO CANYON），A-6 与 A-7 首次发射HARM攻击利比亚 SA-5 导弹阵地。