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。
F-14B 原型机翼下挂载的两枚 AGM-88 HARM，机腹又挂 4 枚 MK83 炸弹，正在为 F-14D 进行对地攻击可能性的研究
F-14D 的生产始于 1990 年 3 月，F-14D 计划生产 127 架，年产 12 架，并改装 400 架 F-14A，到 1998 年舰队全部装备F-14D。但是由于 F/A-18E/F 的采购，F-14D 生产数量大大削减，一共制造了 37 架 F-14D，改装了 18 架 F-14A。1991 年 2 月 26 日，F-14 生产线永久关闭。
F-14D 前后座舱视图，注意新式 HUD
1997 年 4 月 8 日，两架 VF-2 中队的 F-14D 战斗机停在“星座”号航母的甲板上。当时“星座”号正经过太平洋中部，前往波斯湾执行为期六个月的任务。三个船员也在那欣赏太平洋的彩虹
F-14D DFCS（From Tomcat521.com）
F-14 数码飞行操控系统（DFCS）是NAWC负责的计划。一架配备了 DFCS，隶属 NAWC 航空部（AD）的 F-14D，在 1995 年 7 月 14 日在 NAS Patuxent River 进行首飞。DFCS 的设计目的是防止 F-14 进入不可改出的水平螺旋，以及航母着舰事故。
F-14D DFCS
现在，DFCS 系统已经正式服役。1998 年 6 月，首两个中队：VF-14 和 VF-41 的 F-14A 都装上了 DFCS 系统。2001 年，所有 F-14 应该已全部配备 DFCS。
自 1970 年 F-14 面世以来，由于大攻角飞行中引致飞机失控，以及着舰事故造成的损失，已经多次出现。F-14 在大推力起飞时，亦会出现侧滑，其进场时的飞行质素，亦令着舰出现困难。
DFCS 取代了 F-14A/B/D 模拟增加稳定系统，以及自动驾驶仪，并利用原有的液压机械操控系统。新的飞机操控计算机在大攻角及侧滑超过限制时，自动输入反螺旋操控指令。DFCS 亦互相联系了副翼 - 方向舵运动，令着陆更加容易。
Scott Kelly 上尉是 DFCS 首飞飞行员，集中测试进场着陆的稳定性，领航员是计划负责长官 William Minch 中校。
2000 年春天，DFCS 软件和硬件被送到 NAS Patuxent River 的 NAWC 总部，而 VX-9 中队会进行操作测试，直至技术成熟就可以正式量产。DFCS 会提高飞机在大攻角飞行及着陆时的操控性，1999 年，曾在 CVN-65 企业号航母上进行了示范。此外，DFCS 亦提高了最大过载。在测试过程中，DFCS F-14D SD230 由于大过载飞行，导致右发动机机身部份出现严重结构性损毁。当个，这不是 DFCS 的问题。后来在 2000 年 1 月，海军限制了 F-14 在和平时代一般运作，空速 570 节不可超过 4G，700 节不可超过 3G，700G/1.4M 以上只能作 1G。如果有外挂武器，又有另一套限制 G 数。这是因为要延长 F-14 的寿命。
DFCS 会改进 F-14 的机动性、生存能力以及可靠性，避免进入螺旋。飞行员可以作出更有攻击性的机动。在 F-14 进入服役的第四个十年，DFCS 系统是必须的升级。