在飞行 50 次以后，这架飞机换上了 J79-GE-J1B（-10 和-17 系列的原型机）。在它之后，又有一架 F-4C（63-7445）和一架 F-4D（65-0713）被改为 YF-4E。所有三架飞机都安装了机炮，不过第二架没有雷达而第三架雷达机炮俱全。所有三架飞机都使用 J79-GE-J1B，随后又都换装 J79-GE-17，这种发动机需要在发动机舱内安装新的支架和额外的钛合金板以应付应付更高的温度。
由于空间不足 M61“火神”机炮需要设计新的供弹系统，而由于机炮和雷达距离太近，还得想办法避免机炮的震动和冲击波影响雷达工作。
1966 年 8 月作为 F-4D 合同的一部分，空军定购了 96 架 F-4E。1967 年 6 月 30 日第一架生产型 F-4E（66-0284）由 R. D. Hunt 和 Wayne Wight 完成首飞。
由于机头安装了机炮，F-4E 无法装下 C\D 型那样的大型雷达，所以 F-4E 原计划用的是固态化的西屋 AN/APQ-120 X 波段雷达。由于该雷达不能按期交付，头 30 架 F-4E 没有安装雷达就出厂了，其中多数在雷达供货后就安装上了。
AN/APQ-120 使用了休斯公司发展的相干接收多普勒（CORDS）技术，原指望这个技术能在地面杂波中更容易的探测到敌机，但事实显示该雷达性能 不稳定，从第 30 架 F-4E 一直跳票到第 120 架。1968 年 1 月 2 日 CORDS 被取消发展。
F-4E 计划装备 AN/APS-107 雷达告警定位系统，但该系统性能欠佳，所以前 67 架 F-4E 没有安装任何雷达告警定位系统。
F-4E 在机头增加机炮和 639 发弹鼓而增加的重量由后部机身增加一个 95 加仑油箱来平衡，飞机内部油量增加至 1,993 加仑。 原先垂尾安装的两个空速管其中上面的那个被移到机头。F-4E 保留了“麻雀”的半埋式挂架和外部挂点。发动机采用加力推力 17,900 磅的 J79-GE-17。为了减掉不必要的重量，F-4E 取消了早期空军型“鬼怪”保留的 液压机翼折叠机构，机翼可手动折叠。后机身上部的应急冲压空气涡轮也被取消。但事实证明这是个错误，在发动机停车时应急能源是必需的，于是从 40 批次开始在尾部安装了辅助动力单元。尽管它只是电力驱动的液压泵而不是小型涡轮发动机，但维持的时间足够机组弹射跳伞了。
第二架生产型F-4E（66-0285）于 1967 年 9 月 11 日首飞，与第一架相比，平尾前缘增加了缝翼，是为了 增加水平尾翼的效率而设的，目的是平衡机头增加的重量。该机有加长的“火鸡毛”二元喷管，这成为 F-4E 的显著特征。作为第一架具备全部气动特性的 F-4E，它被指定用于尾旋试验。
麦克唐纳 F-4“鬼怪 II”重型战斗机
原著：Joseph F. Baugher
翻译：涡扇
目录
从 31 批次开始“鬼怪”增加了失速预警系统。
从 41 批次（68-0495 之后）开始机身油箱改为自封油箱，使得机身油箱油量由 1,364 加仑下降为 1,225 加仑。
从 42 批次开始安装先进的 AN/APR-36/37 雷达告警定位系统，比麻烦多多的 APS-107 性能更全面，四个半球形天线一对在最尾部监视后方，一对在翼尖监视前方。
48 批次（71-0224）开始翼盒的下部蒙皮厚度增加，因为原来的钢制加强筋被取消了。在左翼内侧前缘安装了诺斯洛普 ASX-1 光电目标捕获跟踪器 （TISEO）。