第 1、2 架 F-111B 编队飞行，分别展示机翼最大后掠和最小后掠
F-111B（BuNo 151970）翼下挂载的“不死鸟”导弹
AIM-54A“不死鸟”

Armstrong

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由于 F-111B 的超重状况相当严重，通用动力和格鲁曼被迫开展了超级重量改进项目（SWIP），多数改进被引入第四架和随后的 F-111B。第 4 架 F-111B（BuNo 151973）安装了逃生舱，但是逃生舱却抵消了 SWIP 的减重效果。F-111B 动力严重不足，航程也低于规定值，为此只能通过多装燃油来解决，但又进一步增加了重量。

第 4 架 F-111B（BuNo 151973）与格鲁曼 FF-1 合影，注意翼下挂载的 4 枚“不死鸟”模型弹
该机机鼻下增加了 IRST
第 6 架 F-111B（BuNo 152714）

为了解决动力不足和压缩机失速的问题（后者也是 F-111A 的严重问题），首批 32 架生产型 F-111B（BuNo 152714~152717、153623~153642 和 156971~156978）被命令安装 TF30-P-12 发动机，该发动机最大推力 5,574 千克，加力推力 9,185 千克。

为了降低 F-111B 的体重，格鲁曼还进行了大规模重量改进项目（CWIP）的研究，提出一种尺寸略小的方案，机腹半埋挂载的“不死鸟”已经有了“雄猫”的影子，由于改动太大而未被采纳

第 3 架 F-111B（BuNo 151972）用于测试“不死鸟”导弹系统，在翼下旋转挂架上可挂载 4 枚“不死鸟”导弹，弹舱内还可挂载 2 枚。1967 年 7 月该机进行了首次“不死鸟”导弹的成功试射。

用于测试“不死鸟”导弹系统的第 3 架 F-111B（BuNo 151972），注意垂尾的“不死鸟”logo
1968 年 3 月在穆古角试飞的 F-111B 151972

到 1967 年 10 月，美国海军最终确信 F-111B 已无可救药，不可能发展成可用的舰载机，建议终止该项目。1968 年 5 月断头台的闸刀落下，国会两院都拒绝对 F-111B 的生产计划进一步拨款。1968 年 7 月 19 日国防部颁布了终止研发命令，同年 12 月双方商定了正式合同终止条款，包括取消 28 架生产型 F-111B（BuNo 153623~153642 和 156971~156978）。1969 年 2 月 28 日第 7 架也是最后一架 F-111B（BuNo 152715）交付时，该项目已花费了 3.77 亿美元。