AIM-9D 弹头外形
AIM-9D 导弹于 1965 年进入海军服役。它是第一种专门为海军设计的响尾蛇导弹，后来的海军型——G 型和 H 型都在它基础上发展起来。以 AIM-9D 作为主要武器的 F-8 战机和其它战机相比，由于导弹可用射程范围的增加，再加上 F-8 飞行员的训练相当注重教导飞行员了解响尾蛇导弹的射程特性，使其在每次接战中的击落机率最高。而且在滚雷行动期间，AIM-9D 发射时在射程之外的机率只有 13%，和射程较长、又用雷达判断射距的麻雀导弹差不多（11%），低于 AIM-9B 的 28%。故海军高层开始改变武器思想，在 TopGun 的课程中训练飞行员应优先取得适合响尾蛇导弹的位置，发射一枚后先观察结果、再发射下一枚；而不像空军一样，取得战位就把 4 枚导弹都射出去。
赎罪日战争中，以色列“鬼怪”发射 AIM-9D“响尾蛇”导弹击中一架 MiG-21 的照相枪照片
AIM-9G 以已经相当成功的 D 型为基础继续改进，加上海军 F-4 飞行员训练改以响尾蛇为主，充分教导响尾蛇的发射限制。后卫作战期间，海军的 24 次击坠纪录中有 23 次是使用响尾蛇导弹；而空军则在 48 次击坠中，30 次使用麻雀导弹，比较起来便可看出海军对响尾蛇导弹的重视程度。而 AIM-9G 也不负众望，发射了 50 枚就命中 23 枚，命中率高达 46%。
“Duke”
一天之中击落的三架米格，座机 F-4J 就挂载了 AIM-9G
G 型导弹最大改进在于其引入了截获扩展模式（Sidewinder Extended Acquisition Mode，SEAM）方式，这个模式利用驱动装置让导引头以预定的摆动路径进行目标搜索，或者可以先由发射飞机上的雷达带领寻标头搜索目视距离以外的目标，当寻标头锁定目标的红外线讯号之后，雷达解除对寻标头的控制，让导弹进入准备发射阶段。这个模式可以增加响尾蛇导弹的接战距离与效率，从而扩大了空战格斗的发射包线，从而初步具备了离轴截获的能力。越战时即曾经被 F-4 战斗机大量使用。
挂载 AIM-9G 的 F-14A
与 D 型相比，G 型导弹位标器扫描范围更大，导引头跟踪角速度能达到 20 度/秒，当时这样的跟踪能力足以稳定截获大多数空中目标，很适用于 F-4 鬼怪这样近战格斗能力相对（Mig-21）不是很突出的重型战斗机。
G 型导弹于 1962 年投产，共生产 2,120 枚。后改由雷声公司生产，于上世纪 70 年代提供给海军的鬼怪 II 战斗机使用。
为解决真空管电路导致导弹可靠度极差的困扰，福特航太公司由 AIM-9H 开始使用晶体管电路，这型导弹保留了 AIM-9G 绝大部分的导向及控制系统。与前辈相比，H 型导弹控制舱进行了重新设计，采用全固态电子元件和热电池组，提高了导弹在大过载情况下的可靠性和可维护性。由此响尾蛇也成为世界上第一种全固态空空导弹。
A-4 天鹰翼下的 AIM-9H
H 型导弹与之前 G 型相比，离轴截获、跟踪能力还有命中率都有了明显提高。
该型导弹总共生产了 7,700 枚，在越战后期使用，但由于供应不足，在实战中使用机会不多。不过响尾蛇 H 型导弹是响尾蛇家族中带有承上启下性质的一个型号，后来著名的响尾蛇 L 型导弹就是在 H 型基础上设计出来的。
Wang Tony
美国空军对响尾蛇的改进
空军并不想采用 AIM-9D，因为这是“海军”发展的武器。身为全球最大空军，但其主力战机 F-4、与主力空对空导弹响尾蛇都是海军发展出来的，已经是一件耻辱。事实上，空军在本土防空战机还有一种更大更先进的空对空导弹：AIM-4 式。1967 年空军开始部署第一架纯为空军发展的 F-4D 战机（之前使用的 F-4C 型基本上与海军的 F-4B 型差别不大）与其改进型的响尾蛇导弹，空对空武装则加上了发射最新型 AIM-4D 导弹的能力。空军相信，这可以完全修正之前科技发展的错误。
AIM-4D 果然将空对空武器的性能提升到另一个境界：烂得更彻底。AIM-4D 和 AIM-9D 一样改用液态氮冷却引导头，然而猎鹰的液态氮是存在导弹中、不像响尾蛇是存在发射架上，故容量太小、冷却时间短很多：只有 2 分钟。又因液态氮输入引导头的过程不能中断，故引导头一开始冷却，飞行员就必须在两分钟内把导弹射出，否则引导头就不能再用了。更严重的是其启动冷却的程序相当繁琐，所以飞行员不得不在进入格斗前先把导弹冷却、并希望在 2 分钟之内有机会开火，不然就是必须在格斗中期望在射击机会出现前，可以及时完成冷却程序。然而扣扳机前最少需要多切 2 个电门，整个射击程序完成至少要 4.2 秒（响尾蛇导弹则不到 1 秒），故在实际作战中飞行员几乎只能采用格斗前先开冷却的方法。而困扰各型武器的可靠性问题，在猎鹰上也表现得更差：一开始的 15 次射击中，只有 10 次真的把导弹射出去。即便飞行员克服了以上种种问题，让导弹成功导引，但想要命中目标还需要比使用响尾蛇导弹更多的运气：其弹头重仅 1.36 千克、低於响尾蛇的 5 千克，且其只有直接撞击引信。有飞行员形容：“你必须射中米格机飞行员的心脏才能击落他”。奇怪的是，既然不使用近发引信，但其最小射程限制反而更远：1.5 公里（响尾蛇为 900 米）。整个滚雷作战期间，共发射了 54 枚、只命中 5 枚，被视为表现最差的导弹。相对于响尾蛇及麻雀导弹陆续改进后还继续服役数十年，猎鹰导弹从此退出江湖。
AIM-9E 的弹头外形
失望之余空军回头改进响尾蛇导弹，称为 AIM-9E，并且在 1967 年列装部队。为了节省成本，保留 AIM-9D 原来的战斗部、引信及推进火箭。该导弹的热电制冷硫化铅探测器使其导引头的跟踪角速度提高到每秒 16 度，导引头视角则达到 40 度。此外，它还采用了全新的电子组件和引信系统。这些改进措施使响尾蛇导弹的低空攻击范围增加。AIM-9E-2 还换装了改进型低烟火箭发动机。但是 E 型导弹仍旧只能在目标的后半球发射并跟踪目标，这也是当时所有红外制导导弹的共同缺点。AIM-9E 射程范围没有多大改变、其可靠性也没有太大的改善，后卫行动中，空军发射了 64 枚 AIM-9E、只命中 5 枚，8% 的命中率比滚雷行动中的 AIM-9B 还差。后来在 AIM-9J 出现后，美国开始将库存的 AIM-9E 海外军援盟国。