第 20TFW 的 F-111E 参加了 1991 年初的“沙漠风暴”行动，部署在土耳其因吉尔利克基地。该机缺乏后期 F-111F 的精确制导武器投放能力，所以在战斗中主要挂载 Mk 82 和 Mk 84 铁炸弹和其他传统武器轰炸伊拉克北部的目标。作战中无一损失，这也是对 F-111E 作战效能的有力证明。
第一架 F-111E（67-0115）原型机被租借给 NASA 进行综合推进控制系统（IPCS）的试飞，安装在弹舱内的线传操纵系统可自动控制可变进气口和涡扇发动机。1975 年 9 月 4 日该机进行了首次 IPCS 试飞，1976 年 2 月 27 日进行了最后一次试飞。试飞完成后，该机恢复原状交还给空军，在后来的罗克韦尔 B-1 战略轰炸机项目中，该机担任伴飞任务。
Armstrong
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F-111F 是 TAC 装备的最后一种 F-111，1970 年 7 月 1 日订购。与 F-111D 的不同之处是 F-111F 安装了简化后的更先进更可靠的电子设备，被称为 Mark IIB 航电系统。Mark IIB 整合了 F-111D 和 FB-111A 的导航和数字式计算机系统，以及 FB-111A 的其他几种航电，例如 AN/APQ-144 攻击雷达和早期 F-111 的一些经过简化的低成本航电系统，但不包括 F-111D 的 AN/APN-189 多普勒雷达导航系统。F-111F 的 APQ-144 攻击雷达具有 0.2 微秒的脉冲宽度和 2.5 海里的显示距离能力。F-111F 还安装了改进型起落架，两台 11,385 千克推力的 TF30-P-100 发动机（首批 30 架安装的是 TF30-P-9，随后换转成 -100）。
1971 年 10 月 3 日，一架经过改装的 F-111A 启动了 F-111F 的 I 类试飞项目。F-111F 通过工程设计解决了后机身的过热问题。1972 年 1 月首架 F-111F 进入芒廷霍姆空军基地的第 374TFW 服役，1972 年 10 月联队形成作战能力。TF30-P-100 发动机在服役之初就暴露出问题，在低气温环境下会出现加力燃烧室失速的问题，还有尾喷管鱼鳞片密封失效，以及进气口导向叶片裂纹等问题。
1976 年 9 月最后一架 F-111F 交付美国空军，该机总数量 106 架，序列号 70-2362~2419、71-0883~0894、72-1441~1452、73-0707~0718 和 74-0177/0188，有 24 架被取消订购。
继第 366TFW 之后，驻莱肯希思英国空军基地的第 48TFW 也换装了 F-111F，该机还装备了麦克莱伦空军基地的第 57 战斗机武器联队（FWW）。
尽管 F-111F 有内部弹舱，但多数情况下被用于装载额外的燃油或设备。许多 F-111F 在弹舱半埋式安装了福特 AVQ-26“铺路大头钉”吊舱。该吊舱具有激光指示器和前世红外传感器（FLIR），可为激光制导武器精确指示目标。同视轴激光指示器和 FLIR 安装在吊舱后部的动力转塔内，可向座舱显示器提供清晰的目标放大图像。所有 F-111 都可以投放激光制导炸弹，但只有 F 型具备自主制导能力。
