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在1950年代到60年代初期，空對空飛彈的發展，使得戰鬥機逐漸依賴飛彈與雷達進行空戰。空載核子武力的運用，則使美國空軍的戰機分化為戰術核子打擊與高速攔截兩種路線，當然高速攔截機也更加依賴中長程空對空飛彈。這兩個理由都使得戰鬥機的纏鬥性能逐漸退化，因為纏鬥被認為不再需要，未來的空戰是由飛彈進行的。
然而越戰卻賞了大家一巴掌。空戰仍然在穿音速領域進行，原先設計的高速性能派不上用場。飛彈技術依然不成熟，使得實際上場的飛彈妥善率不佳，也經常打不中目標。空優是空軍的主要任務之一，要獲得空優就必須擁有能在空戰中致勝的戰鬥機，如果現有的飛機仍然達不到需求，那麼空軍就需要一款針對空優作戰而設計的新飛機。
F-X
1965年10月6日，空軍發佈F-X計劃，並在同年12月8日發布提案要求(Request For Proposal，RFP)，要求工業界發展一架能執行密接支援的多用途戰機，動力來源為兩具渦輪扇引擎，主翼採用幾何可變翼。波音、洛克希德、北美、格魯曼、麥唐納等公司都展開了初步概念研究。之後在1966年3月，空軍提交概念規劃研究(Concept
Formulation Study，CFS)的合約給波音、洛克希德、北美等三家公司，麥唐納與格魯曼沒有獲得合約，但他們仍然持續進行自己的研究。
然而因為氣動構型與引擎旁通比沒有充份地研究，空軍沒有提交任何進一步的設計概念，F-X進展緩慢，而三家公司的CFS提案也沒有被接受。1967年4月28日，麥唐納合併道格拉斯公司並更名為麥道(McDonnell
Douglas，MD)，而F-X的提案仍在聖路易的研究設施裡進行。
空軍偏好單座戰機，因為它不像雙座戰機會有兩位飛行員默契配合的問題，不需要耗費時間溝通，少了一個座位也使得重量得以減輕，還可以把寶貴的空間拿來放燃油或其它裝備，飛行人力的需求也減半。但是單座意味著許多裝置，特別是搜索與射控系統必須自動化，而這反而會增加航電系統的重量與複雜度，當然也增加成本。另外在空戰中，兩雙眼睛比一雙眼睛更容易看到目標，這在越戰中已經證實。雙引擎則是在初期就達成共識，以確保一具引擎故障或損壞時，戰機仍能靠另一具引擎回到基地，而且雙引擎也能提供更大的推力，缺點則是會使系統複雜度與結構重量增加。
空軍也希望新戰機上能有性能強大的雷達與飛彈，但是長程雷達又大又重，當然也很貴，飛彈也有相同的情形，而F-4也因此而必須設置一名武器系統官來操作雷達與飛彈。越戰中F-4擁有優於敵人的雷達與飛彈性能，但是在戰場上，卻常常發生近距離、中低空的空戰，飛機與飛彈的性能發揮不出來，沒有機炮與機動性不足的缺點，讓北越空軍能夠反過來以近距離纏鬥的方式擊落F-4。那麼新飛機勢必在這方面做出妥協，避免過大的雷達與飛彈，而必須加強機動性以進行空戰，當然機炮也不能漏掉。
主翼構形也產生了爭論。通常針對高速飛行設計的主翼在低速下會較為不利，反之亦然，而新戰機卻必須兼顧二者，因此幾何可變翼成了空軍的理想方案。可變翼可以根據不同飛行條件調整後掠角與展弦比等特徵，因此能夠同時滿足高速與低速兩種截然不同的飛行條件。然而可變翼會造成系統複雜度與重量大幅增加，當然價錢與操作費用也同步增加，妥善率反而降低，簡直把它的優點都抵消了。當時麥唐納、洛克希德、NASA等的研究，都認為可變翼並不能帶來更多的優勢，John
Boyd在經過交互分析後，確定了他們能夠用複雜的固定翼設計，用較輕的重量與較低的成本，獲得令人滿意的性能，而不必採用可變翼。在空軍內部意見尚未統一時，John
Boyd到國會聽證會出席，竟然就先表示空軍決定採用固定翼，最後空軍決定照做以保全戰機研發案。而海軍在取消F-111B後開發的F-14，仍然使用可變翼設計，一方面是因為航艦起降的特殊需求，那麼空軍也就不用擔心在F-4之後，海軍戰機會再次入侵了。
1967年7月，蘇聯在Domodedovo航空展發表了六款新型飛機，其中最受注目的就是MiG-25，北約(Northern Atlantic
Treaty Organization, NATO)將之命名為狐蝠(Foxbat)。這架極速可達2.8馬赫，超越美國任何一架現役戰機的新型攔截機，讓美國人民大為震驚，而且它還配有大功率的大型雷達，讓它可以在更遠的距離就發現並鎖定美國戰機。雖然事後證實美國方面高估了MiG-25的性能，在空軍獲得這項警訊後，立刻提高F-X的優先順序，8月時發佈第二次CFS的RPF，而這次空軍已經認定空優性能比對地攻擊支援更加重要，因此新戰機必須是一架空優戰機。六萬磅的可變翼多用途戰機被放棄掉，四萬磅的固定翼空優戰機成為定案。
格魯曼、洛克希德、北美洛克威爾、費查-共和、通用動力與麥道都提交CFS提案。12月，通用動力和麥道獲得第二次CFS的合約，其它廠商則必須自行吸收研發費用。直到這時，業界仍然在具備先進航電與長程飛彈的大型雙發戰鬥機，和只有小型航電而著重機動性能的小型單發戰鬥機之間擺盪，而空軍則因為F-104星戰士戰機的經驗，認為前者看來比較實在，後者沒什麼用。第二次CFS在1968年5月完成，9月30日八家廠商遞出計劃定義階段(Project
Definition Phase，PDP)的RFP，分別是麥道、波音、費查-共和、通用動力、格魯曼、洛克希德、LTV、北美洛克威爾。這次的RFP明訂，新戰機必須有低翼負荷與高推重比，在0.9馬赫能靈活地打擊敵機，長程都卜勒雷達提供俯視俯射能力，不需空中加油即能飛抵歐洲的轉場航程，極速可達2.5馬赫，使用雙引擎設計更好。另外也要求只需一名飛行員，及單人可操作的先進航電系統，總重不超過40,000磅。當然最重要的，不論在視距內或視距外，新戰機在面對蘇聯現役或發展中的戰機時都應該擁有優勢。
1968年12月30日，麥道、費查-共和、北美洛克威爾等三家公司獲得PDP的合約。麥道的設計是雙垂尾，而費查-共和與北美洛克威爾都使用單垂尾設計。1969年12月23日，空軍宣佈由麥道獲得設計與發展階段的合約，將要建造20架全尺寸發展型(Full
Scale Development，FSD)以供測試，以及量產107架單座型F-15及雙座型TF-15。不建造原型機而逕行量產的做法雖然引起了一些爭議，但空軍沒有接納。
F-15A/B
正在發射AIM-120先進中程空對空飛彈的F-15A。
F-15在1972年7月27日進行了第一次試飛，第一架F-15A於1974年11月14日交付空軍。1976年1月，在維吉尼亞州蘭利空軍基地(Langley
AFB)的第一戰術戰鬥機聯隊(1st Tactical Fighter
Wing)成立了第一個F-15中隊。到1978年之前，共生產了365架F-15A。1982年1月，蘭利空軍基地的第48戰鬥／攔截機中隊(48th
Fighter-Interceptor Squadron)成為第一個換裝為F-15的空中防衛中隊(air defense
squadron)。在服役了20年後，F-15A被編入空中國民兵(Air National
Guard)，配署在奧瑞岡、密蘇里、喬治亞、路易西安那、夏威夷、麻薩諸塞等州。
雙座教練機型的F-15B(或稱為TF-15A)的首次試飛在1973年7月進行，1974年11月4日首架F-15B部署到亞利桑那州路克空軍基地(Luke
AFB)的第58戰術訓練聯隊(58th Tactical Training Wing)。F-15B總共生產了58架。
F-15是大型雙引擎戰機，機身是傳統的半單體構造，兩具巨大的引擎內置在機尾段，緊鄰在一起的配置可以減少單具引擎失效時推力的不平衡。機身有25.8%是鈦合金，大部份都在引擎周圍和機翼內側。水平尾翼和雙垂直尾翼都裝置在引擎外側的一對尾桁上，尾桁向後拉長使得水平尾翼距離機身重心較遠，增加俯仰性能與配平效率。機身中段在兩個進氣道中間設置了八個內置油箱，可以容納1790美制加侖的燃料。設置在機背上的大型減速板可以在任何速度與仰角下作用。
兩個巨大的可變幾何外壓縮式進氣道分置在機身兩側，進氣口緊鄰機身，往後逐漸與機身融合。可變進氣道可以兼顧高速與低速的進氣需求，但是會增加重量與阻力。機翼和進氣道到機身有簡單的翼胴融合設計，對減低阻力有一定程度的助益。
主翼採用肩翼設計，前緣後掠45度，後緣設置傳統襟翼與副翼，沒有前緣襟翼。翼型隨位置變動，厚弦比由翼根處的6%變化到翼端處的3%。每平方呎55磅的翼負荷，低於當時世界上任何戰機，讓F-15擁有極高的機動性能。
雖然空軍要求極速必須能達到2.5馬赫，但實際上F-15只有在全無外掛的情況下帶淺角度俯衝才能達到，一般平飛最大是2.3馬赫，一旦加上了外掛就連2馬赫都無法達到。
F-15有著現代化的座艙設計。抬頭顯示器讓飛行員不需分心低頭檢視儀表，在空戰中可以更迅速地獲得必要資訊。手置節流閥與操縱桿(Hands on
the Throttle and Stick，HOTAS)的設計，將與作戰直接相關的控制鈕裝在操縱桿和節流閥上，因此飛行員雙手握在操縱桿上操縱飛機時就可以同時操作雷達、射控等系統。F-15仍使用傳統的轉盤式儀表，但比F-4少了三成，節省飛行員尋找必要資訊的時間。氣泡式座艙罩和較高的座椅讓飛行員擁有更好的視野，減少視線死角，也就更容易發現敵機。
F-15沒有使用先進的線傳飛控(fly-by-wire，FBW)技術，這是因為空軍認為FBW尚不成熟，風險太高。F-15使用的是電子系統輔助的控制增幅系統(Control
Augmentation System，CAS)，其實也可以說是最早期的FBW，電子迴路依據飛行員操縱的輸入，決定機械系統的適當作動，減輕飛行員在進行高機動動作時，控制面受到極大作用力所造成操作上的負擔，並且在液壓系統受損時，飛控系統仍能有效地運作。
F-15使用休斯的AN/APG-63脈衝都卜勒雷達，使F-15具備俯視俯射能力的，是利用都卜勒效應進行分析，以判斷從低角度接收到的，是高速移動的物體反射的雷達波，還是靜止的地面反射的雷達波。APG-63可以在100浬外發現敵機，32浬外就可以抓到MiG-25。
F-15典型的空優掛載：AIM-7/120中程飛彈與AIM-9短程飛彈各四枚，外加機腹中線的副油箱。
F-15的固定武裝，一開始有兩種選擇，一種是已在越戰中證實的M61 20mm火神式蓋特林機炮(Gatling
gun)，另一種是新研發的25mm機炮。雖然空軍一開始是決定使用25mm機炮，但是在耗費一億美元卻仍無法獲得足以信賴的可靠產品後，轉而回頭使用M61機炮。M61機炮也使用在後期的F-4戰機上，六根炮管的旋轉機炮設計使得射速高達每分鐘6,000發。F-15上的M61機炮裝置在右側主翼翼根前方，彈倉裝置在駕駛艙後方，可攜帶940發炮彈，雙座型的F-15B則因為增設一個座位導致空間變小，彈倉容量減少到500發。
F-15在兩側主翼下各有一個硬點(hard
point)，使用一具大型多功能掛架，可以掛載兩枚AIM-9響尾蛇飛彈和一具可拋棄副油箱，在進氣道下方外側的轉角處，兩邊各有兩具麻雀飛彈的專用掛架，而機腹可再加掛一具副油箱。
燙手山芋F100
兩具普惠F100渦輪扇引擎為F-15提供巨大的推力。1968年8月，空軍選定由普惠和通用電氣發展新一代引擎，並在1970年決定由普惠進行進一步的研發。F100-PW-100在空軍的編號是JTF22A-25A，採用雙軸設計，低壓軸由兩級低壓渦輪驅動三級風扇，高壓軸由兩級高壓渦輪驅動十級壓縮機，旁通比為0.7。F100-PW-100的軍用推力達到14,670磅，最大推力23,830磅，使得F-15擁有高達1.35的推重比，相較於F-4的約0.9，以及F-86的0.5，這個前所未有的性能正是飛行員夢寐以求的。
但是這款引擎卻帶來更多的問題。空軍對新引擎的要求是推重比要能達到8，而當時的其它引擎大約只到6，F100達到要求的方法是提高渦輪進氣溫度(turbine
inlet
temperature)，而這必須使用更新的引擎技術，特別是耐熱金屬材料的製造與加工，以及冷卻系統，很明顯地，這也會使引擎變得更貴、更複雜，當然也就更難維護。
F100的一個問題是壓縮器葉片發生停滯性失速(stagnation
stall)，這會使進入燃燒室的氣流不足，離開時溫度拉高，而使渦輪葉片過熱，如果沒有儘快處理，損傷持續擴大就會造成葉片毀損，甚至會在運轉中斷裂飛出，這在其它引擎上也是發生過的。更麻煩的是在有兩具引擎的F-15上，一具引擎推力降低並沒有很明顯的感覺，使得這個狀況很容易被飛行員忽略掉，為了避免這個問題，F-15裝上了警告裝置，在渦輪過熱時以警示音告知飛機員。
而且停滯性失速的發生是持續性的。後燃器啟動時會有大量油料噴入後燃器段，點火造成的回壓逆向沿著氣流回到壓縮器而造成失速，因而70%的停滯性失速發生在開啟後燃器的時候，會開啟後燃器就表示飛行員急需大推力，然而停滯性失速只有關掉引擎再重新啟動才能解除，這種危險的補救方式也使得單引擎的F-16早期失事率一直偏高。
由於容易因為劇烈的操作或嚴苛的條件而熄火，於是空軍只好限制飛行員操作的限度，然而戰鬥機本來就是要劇烈操作的，而且也是因為F-15的優異性能，使得飛行員的操作幅度遠超過研發階段的預期，其中大多都是從低推力直上到全推力的大幅度變化，空軍認為是普惠設計不良，而普惠則認為是空軍使用不當。除了容易失效，引擎耐用性無法達到應有的標準，尤其是熱段零件老化速度太快，空軍曾經試過手動調校降低推力以延長壽命，然而當初設計新引擎就是為了大推力。
F100問題太多，差點導致計劃延誤，然而不僅F-15，F-16也要使用F100，如果不能用的話，兩款新一代戰機就會一起開天窗，使得空軍被迫協助普惠解決問題，也就是砸錢，發展經費從1970年預估的1.17億美元，暴增到1975年的10億美元，甚至在測試工作還沒完成的時候，F100就已經服役了，而空軍也必須修改零件採購方式與維修準則等做為因應。再加上F-14的TF-30引擎也是問題不少，甚至造成了美國三大新一代主力戰機全都面臨停飛的窘境。雖然在空軍與普惠互相讓步的磨合之後，逐漸達成了完善的解決方案，但在1979年，被引擎問題搞得很不愉快，甚至必須接收沒有裝上引擎的F-15的空軍，決定讓GE再度回到引擎供應商的競爭行列。
F-15C/D
對峙中的美軍F-15與蘇聯TU-95，類似的場面在冷戰時代屢屢發生。
首架F-15C在1979年2月26日進行處女航，後來也進行適形油箱掛載炸彈的測試。部份F-15C預留了搭載18枚集束炸彈，或6枚Mk82炸彈，並在超音速下投射的能力。1980年開始部署F-15C/D，總計部署了408架C型與62架D型，第一個部署的是荷蘭Soesterberg的第32戰術戰鬥機中隊，用以替換原先的F-15A/B。被C/D替換下來的A/B大多數都轉移到空中國民兵繼續服役。
F-15C/D和F-15A/B在外觀上幾乎沒什麼變化，除了從尾碼(tail number)區分外，最大的差別是適形油箱(conformal
fuel tank，CFT)。它原本被稱做戰術燃油及感測包(fuel and sensor tactical pack，FAST
pack)，是一個加掛在進氣道外側的筴艙，形狀特別設計成像是在進氣道外側小幅度的隆起。原先的構想是可以裝載油料，或是裝設各種感測器，不但不會減少掛點數，甚至還能增加，但是後來被認為不實用，因此改為純裝油的適形油箱。每具適形油箱可以裝載849美制加侖的油料，相較於三個610美制加侖的可拋棄式副油箱是少了些，但阻力的增加卻只有四分之一，使得F-15能在增加航程及作戰半徑的同時，保持原有的高速性能。缺點是它只能在地面上由地勤人員裝卸，而不能在空中拋棄，因此在油箱空了之後其重量與阻力仍存在，因此只有在航程要求大於性能的情況下才會使用。
實際上F-15C/D卻已有了大幅度的改進。F-15C擁有加大的機身內油箱與機翼油箱，內載油量達到2070美制加侖，結構的強化使F-15C的耐G限達到9個G，最大起飛重量也從56,000磅增加到68,000磅。而為了這些改變，包括起落架、輪胎、煞車等也都要進行強化。
F-15仍然使用APG-63雷達，但是使用了可程式訊號處理器(Programmable Signal
Processor)，將訊號處理的執行由原先的硬體電路變成軟體的程式，雷達操作模式可以快速地切換，增加使用彈性。同時，訊號處理器的昇級變成只需要安裝新的軟體，而不需要更換電路板，也預留了加上合成孔徑雷達(Synthetic
Aperture Radar，SAR)模式的能力。
大部份F-15C都使用普惠F100-PW-100引擎，但之後換裝更可靠，然而推力略減至23,450磅的F100-PW-220引擎。F100-PW-220使用單晶渦輪葉片，與先進的多段後燃器，增加了導流葉片與數位電子引擎控制系統。新的引擎讓飛行員可以放心地猛推節流閥，而不用擔心引擎熄火。
利用F-15改裝而來的S/MTD短場起降/操控技術展示機，主要科技包括全動式前翼、向量推力噴嘴、整合式飛行/推力控制系統等，從1988年9月至1991年8月完成138次試飛。
多階段提昇計劃
1983年，F-15展開了多階段提昇計劃(multi-stage improvement program, MSIP)，這是由麥道公司與喬治亞州的空軍華納•羅賓斯後勤中心共同進行的聯合計劃，除了對現有的飛機漸次改良以外，尚未出廠的飛機直接依修改後的設計進行組製。MSIP中裝上了改良的內建ECM(electronic
counter-measures, 電子反制)裝置，ALQ-135戰術電子戰系統(Tactical Electronic Warfare
System, TEWS)，ALR-56C雷達警告接收器(Radar Warning Reciever, RWR)，以及用來預防飛行員在空戰中做出超過9G的機動動作的超載警告系統(Overload
Warning System)。
MSIP II 將雷達昇級以使其能夠使用新的飛彈--AIM-120 AMRAAM(advanced medium-range
air-to-air missile,
先進中程空對空飛彈)。為降低F-15的UHF通信易受干擾的弱點而使用新的寬頻通信。聯合戰術資訊分配系統(Joint Tactical
Information Distribution System, JTIDS)使戰管中心能夠將戰術資訊有效地傳送給眾多的作戰單位。以及整合了全球定位系統(Global
Positioning System, GPS)，引進多功能顯示幕(Multi-Function Display, MFD)，改良的ALQ-135B及ALR-56C等。
MSIP II
的一個重點在於將APG-63昇級為APG-70，新的雷達提昇了訊號處理器與射控系統的處理能力，安裝了可程式武器控制組，並增加了合成孔徑雷達模式以獲得精細的地貌繪圖，新的掃瞄模式也提供了連續發射並同時導控四枚視距外(Beyond
Visual Range, BVR)空對空飛彈至數個獨立目標的能力。增強的訊號處理器還提供了使用NCTR(non-cooperative
target recognition, 非友軍目標識別)系統的能力，降低誤判目標與誤擊的可能性。另外，APG-70也擁有低攔截機率(Low
Probability of Intercept, LPI)，降低在搜索與攻擊敵人時，雷達波被敵人攔截而發現的可能性。
第一架完成MSIP
II的F-15在1985年7月20日完成首飛，但直到1991年的波斯灣戰爭時都還沒完成，部份的F-15被緊急派遣到戰場，並且創下豐碩的戰果，但是戰後的一次誤擊禁航區內友軍UH-60黑鷹式直昇機的意外，證明NCTR尚非完美。
原先的MSIP是包含所有A/B與C/D型，但是因為花費太過龐大，較早期的A/B型沒有進行MSIP就直接退役、轉入空中國民兵或航太維持與恢復中心(Aerospace
Maintenance and Regeneration Center, AMARC)，其中還有一部份在波灣戰爭中被交給以色列。
打擊鷹 -- F-15E Strike Eagle
F-15E成功地讓F-15族系由純種空優戰機擴展到多用途打擊機。
雖然F-15的目標是「沒有一磅為了對地攻擊」，但它依然有著龐大的潛力，可以成為一架優秀的攻擊機。麥道深知這點，因此努力地想發揮出它的潛力。由於空軍己經打算汰換F-111，那麼就會出現大型多用途戰機的市場，這是一個非常好的機會。1978年，空軍對麥道提出的建議展開研究，在原先推薦的F-111F之後，又推動F-15對地攻擊型的發展。麥道以第二架F-15B為基礎進行打擊鷹計劃，並在1980年7月8日進行首次試飛。
但是除了麥道以外，通用動力(General Dynamic, GD)也看到了這個商機。通用動力供應空軍高低配中的低檔，也就是使用一具F100引擎的F-16，這架在原型機發展階段受到John
Boyd與戰機黑手黨極大影響的輕型戰機，被修改成全新的雙三角翼構型，並命名為F-16XL。縱然F-16XL展現出極優異的性能，它的發展經費卻高達4.7億美元，而F-15E只要2.7億，即使如此大規模地修改，F-16XL還是小了點，單引擎設計也使得它的存活性受到質疑。1984年二月，空軍參謀長Charles
Gabriel上將宣佈由F-15E獲勝。
首架F-15E在1988年4月出廠，並被佈署到路克空軍基地的第405戰術訓練聯隊(405th Tactical Training
Wing)。第一個獲得F-15E作戰能力的則是北卡羅萊納州山繆強森空軍基地(Seymour Johnson AFB)的第4戰鬥機聯隊(4th
Fighter Wing)。才過了沒多久，1990年8月伊拉克閃電般地佔領了科威特之後，4th
FW就被派往波斯灣周邊地區進行反應佈署，並且在1991年1月16日參與多國聯軍展開的空中突襲行動，也確立了F-15E的成功地位。
與空優型的A型和C型不同，F-15E是雙座機，後座為武器系統官(Weapon System Officer, WSO)的座位，使用四個陰極射線管顯示器，可以顯示由雷達、電戰系統或紅外線感測器，包括一個以Honeywell製的雷射陀螺儀(laser
gyro)為核心的慣性導航系統(Inertial Navigation System,
INS)等傳來的資訊，用以掌握飛機與武器的狀態、可能的威脅、可選擇的目標、以及導航用的數位移動地圖(digital moving
map)。前座同樣採用三個類似的顯示器，加上原本就有的抬頭顯示器，讓飛行員不用低下頭去就能獲得飛機、目標和武器的重要資訊，以節省時間。
F-15E使用新的數位線傳飛控系統，來統整原本的液壓機械飛控系統，它會根據飛行員的輸入和動作感測器的資訊，經由飛控電腦的計算來調整飛行控制，以使飛機的動作更加精確與靈活。
F-15E使用休斯的APG-70雷達，它可以獲得100浬外目標的速度、高度、距離及其它資訊，而與APG-63相較，它更加重視的是對地面目標的搜尋能力，使用了合成孔徑雷達(synthetic
aperture radar,
SAR)，以及都卜勒雷達等技術，能夠將地面目標，或是在極低的高度飛行的目標給過濾出來，即使在80浬外，也可以找到小如車輛的目標。
F-15E上加裝了馬丁•馬瑞塔(Martin Marietta)公司製的夜間低空導航暨標定紅外線(low altitude navigation
and targeting infrared night, LANTIRN)莢艙，它是由分別裝置在左右進氣道下方的兩個莢艙組成。導航莢艙包含一具地貌追沿雷達(terrain-following
radar)，它能在HUD上顯示出距地面高度的資訊，讓飛行員即使在看不到地面的夜間或濃霧中，也能做出接近地面的低空飛行，甚至可以執行地貌追沿的自動駕駛。另一個標定莢艙則包含一具雷射指示器(laser
designator)、一個循跡系統，在10哩外就可以標定目標，這些資訊會自動地提供給紅外線導引空對地飛彈或雷射導引炸彈。LANTIRN使得F-15E除了可以在夜間進行低空飛行，也擁有打擊目標的能力，並且可以使用雷射導引型小牛飛彈或雷射導引炸彈。前視紅外線(forward-looking
infrared, FLIR)莢艙是一具紅外線攝影機，利用任何物體均會發出紅外線的特性，在無光線的環境下仍然能攝得物體的影像，飛行員可以藉由這個影像看到原本看不到的外界情況。FLIR和LANTIRN所獲得的資訊，同樣可以透過電視顯示器提供給飛行員和WSO。
由於擔負對地攻擊任務，F-15E的最大起飛重量增加到81,000磅，這讓它能夠攜帶高達24,500磅的各式裝備，強化的結構使它仍能承受9個g的加速度，但也因此，空重就高達36,500磅，為了在重量增加的情況下保持原有空戰能力，勢必要有推力更強大的引擎。它能夠使用普惠的F100引擎或是通用電氣的F110引擎，最初的134架裝上了兩具推力24,000磅的F100-PW-220引擎，自1990年起則改用推力高達29,000磅的F100-PW-229引擎，而重量僅增加了505磅。F-15E同樣使用適形油箱以延伸航程，與C型不同的是它必須進行對地打擊任務，低空的高油耗率使得它更渴求油料，同時它還擁有比原先設計更多的掛載點，因此是常態性地使用，但因為增加的電子設備與掛載的結構需求，因此容量較低，左右各750美制加侖。
F-15E擁有兩對翼下硬點，但外側硬點無法掛載較重的裝備，最多是可以各掛一枚AIM-9，通常則是掛載ECM莢艙。內側硬點同樣可使用多重投射架(multiple
ejection rack, MER)，每具MER可以掛載6枚Mk-82
500磅炸彈，或是6枚蛇眼阻力炸彈、6枚Mk-20石眼集束炸彈、4枚CBU-52B、CBU-58B、CBU-71B等、或一枚Mk-84
2,000磅炸彈及以其為基礎設計成的雷射導引炸彈、以及AGM-65小牛飛彈，也可以掛載AIM-7F/M、AIM-9M、AIM-120等空對空飛彈。火神機炮當然也是不可或缺的，不過由於設置了WSO的座位，因此彈倉與其它雙座型一樣只有500發。
F-15E讓人頭痛的是它太花錢了。它的建造和維護成本比C/D型高了百分之五十，這使得空軍只好把採購計劃由原先的392架刪減到205架，幾乎是去了一半。而它的改良計劃還得面臨它的後繼者--F-22--的威脅。
外銷的F-15
以色列
以色列的F-15I，堪稱F-15E的以色列版。
以色列從很早就對F-15有濃厚興趣，1974年初就有飛行員試飛過TF-15A，次年以色列決定採購25架F-15A。初期的四架A型在1976年12月10日即交付以色列，加上後續移交的19架A型與2架B型後，第133中隊於1978年成軍。
更先進的C/D型問世後，以色列自然也興趣盎然，最後獲得了18架C型與8架D型，之後又在1990年度獲得追加的5架D型，由於這時D型已經不再生產，因此這5架可能是使用E型的機體。這些飛機是由第106中隊操作。
隨著波灣戰爭的爆發，美國運交了一批F-15A/B給以色列，這批飛機被認為可能是為了安撫以色列，令其不會對伊拉克的飛毛腿飛彈發射器進行報復行動，但也有可能單純是做為現役飛機的零組件來源。
A/B型的航電也以當地製造的設備昇級到C/D型的水準，加上了全球定位系統、慣性導航系統、與顯示及瞄準頭盔(Display and Sight
Helmet，DASH)，並且具有發射AIM-120與巨蟒四型的能力。
在波灣戰爭之後，以色列認為需要採購具備長程阻絕與打擊能力的戰機，於是在1993年發出兩個中隊的多用途戰機的資訊需求(Request for
Information，RFI)。洛克希德•馬丁提供以F-16C/D、麥道則提供F/A-18C/D和特別修改的以色列版F-15E，最後在1994年1月27日，以色列宣佈將採購F-15E的以色列版，也就是F-15I。
以色列的採購案快速地獲准，並在1994年5月12日由以色列與美國政府雙方簽署文件，批准麥道建造21架F-15I，並加上4架的選擇權，最後在1995年11月同意後續的4架，使總數達到25架。F-15I在1997年9月12完成首飛，並在11月6日舉行正式儀式，同時交付以色列空軍。F-15I以每個月一架的速度交付以色列，最後一架在1999年9月交機。F-15I服役於第69中隊。
F-15I基本上與F-15E相當，但在某些內載電子系統做了針對以色列需求的修改，其中許多組件都是在以色列製造。為了夜戰能力，F-15I裝上了30具原先是為了F-16而採購的神射手筴艙，它們比美軍F-15E的LANTIRN功能較低，但後來又採購了新的AAQ-14與AAQ-13筴艙，於是F-15I達到了相當於F-15E的夜戰能力。
而與F-15E最主要的差別在於F-15I不具備內載的TEWS。F-15I沒有裝置ALQ-128或ALQ-135，但在後機背額外加裝干擾絲與熱焰彈發射器，並另外使用以色列製的Elisra
SPS-2110整合電戰系統，並使用自製的中央電腦與GPS/INS，所有的感測器都與Elbit顯示瞄準頭盔(Display and Sight
Helmet,
DASH)連動。另外，F-15I能在地面上就開啟雷達，在跑道頭準備緊急起飛時就能掃瞄上空的敵機。F-15I同樣使用F100-PW-229，噴嘴則保留了原本被放棄使用的「火雞羽毛」。
F-15I可以使用AIM-9L或巨蟒四型(Python 4)空對空飛彈，它可以利用頭盔顯示器(helmet-mounted display,
HMD)進行離軸鎖定，另外也可以使用AIM-7或AIM-120進行視距外作戰。AAQ-14與AAQ-13使得F-15I擁有相當於F-15E的全天候精確打擊能力，包含以地貌追沿雷達連動自動駕駛系統進行超低空飛行，投射在HUD上的FLIR影像也提供飛行員如白晝般的夜間視野，飛行員也可使用夜視鏡執行任務，而座艙內的燈光必須特別調整以避免干擾。
沙烏地阿拉伯
沙烏地阿拉伯的F-15S。身為親美的阿拉伯國家，沙國能獲得與美國空軍同級的第一流戰機。
沙烏地阿拉伯原先依循軍事外銷(Foreign Military Sales)的和平之日(Peace
Sun)計劃，採購47架F-15C與15架F-15D，雖然沙國與以色列的關係不佳，卻同樣獲得F-15而引發爭議，國會仍然批准了這項銷售案，並加上了在同一時間不得擁有超過60架F-15的限制。
皇家沙烏地空軍(Royal Saudi Air Force, RSAF)的F-15在1981年8月完成初始作戰能力，分別部署在第五、第六、第十三等三個中隊。
但在沙國為此而欣喜時，美國國會反對提供沙國更多的戰機，於是沙國轉而尋求其它裝備來源，採購龍捲風戰機IDS(對地打擊型)與ADV(空優型)。1989年，沙國再次試探採購12架F-15C/D，但是也再次失敗。
1990年8月2日，伊拉克入侵科威特的行動改變了一切，美國立刻展開沙漠之盾(Desert
Shield)行動，而這時沙國不超過60架的F-15已經不足，於是美國空軍立刻撥出24架庫存機支援，這些飛機被編入新成立的第42中隊。在持續到沙漠風暴(Desert
Storm)的整個作戰期間，RSAF的F-15分擔了部份了戰鬥空中巡邏(Combat Air Patrol,
CAP)任務，並在1991年1月24日擊落了兩架伊拉克幻象F1戰機，這些戰機攜帶了Exocet反艦飛彈，在波斯灣沿岸準備打擊聯軍海上部隊。1991年中，沙國終於獲得了他們想要的12架F-15，9架為C型，3架為D型。
沙國對於打擊力強大的F-15E亦頗感興趣，但是這款機型太過敏感，於是沙國轉而爭取24架外銷型的F-15F，它是F-15E的單座版，並且取消了一些太過敏感的先進航電設備。直到1992年，F-15E衍生型都還沒有獲得銷售許可的跡象，但是麥道和超過2,000家供應商、橫跨47州、40,000個工作機會，足以支援一個有力的國會遊說團，且若不供應F-15給沙國，那正是歐洲競爭者的大好機會。1993年，沙國終於獲得72架降級版的F-15E，原先編號為F-15XP(XP代表export，即外銷型)，後來改為F-15S，以Peace
Sun
IX之名執行計劃。F-15S於1993年10月開始建造，1995年6月19日首飛，並於1999年交機完畢。另外沙國還採購了556枚GBU-15導引炸彈、訓練設備及其它相關支援設備，總共花費了3.71億美元。
F-15S裝備了部份F-15C/D的航電系統，APG-70S不具備APG-70的地貌繪圖能力，頻寬只有APG-63的60%，最多能使用16個頻道而非32個，AWG-27可程式火控系統被修改掉以避免操作某些武器，ASW-51自動飛行裝置的免操縱地貌追沿模式也被刪除。雷射陀螺儀INS保留了下來，但是GPS使用的是民碼而非軍碼。部份敏感的ECM系統被代換成較舊的型式或直接拿掉，對抗美軍裝備的能力被限制住，但仍足以對抗俄製裝備的威脅。核武投射能力也被除去。部份早期的報告認為F-15S不能掛載適形油箱，但實際上是可以。沙國也獲得48套降級的LANTIRN，使用AAQ-19與AAQ-20莢艙，AAQ-20不能相容於AGM-65小牛空對地飛彈，也少了一些空對空的功能。引擎則與F-15E同樣使用F100-PW-229。
日本
日本的F-15J。與美國一向密切的日本，自然也獲得了美國最強的空優戰機。
日本是唯一獲准建造F-15的國家，量產型的編號為F-15J，雙座型為F-15DJ，但其實是以A/B型為參考藍本。
1975年，日本官員曾坐上艾德華空軍基地的F-15升空進行評估。在1977年12月，防衛廳宣佈將採用F-15做為航空自衛隊的下一代戰機，用以補足並取代原有的F-104J。選定了在飛機製造上有著豐富經驗的三菱重工為合約商後，初期的和平之鷹計劃將由麥道在聖路易斯建造兩架單座型與12架雙座型，其餘在三菱重工小牧廠建造，總計交付213架F-15J，其中因事故損失了10架。
首兩架F-15J在1980年6月4日首飛，首架日本製的F-15J則在1981年8月26日首飛。驗證工作由位在岐阜基地的飛行開發實驗團進行，首支成軍的一線飛行部隊是位在九州新田原基地的第5航空團第202飛行隊，從1981年開始接收並汰換F-104J。1986年F-15J也開始取代F-4EJ，第一個換裝的是小松基地的303飛行隊。目前航空自衛隊共有203架F-15J/DJ，分別配屬在千歲、小松、百里、新田原、築城等基地，共有七個飛行隊操作。有6架F-15DJ被配屬到新田原基地的飛行教導隊，作為假想敵中隊之假想敵機，這是因為原先使用的三菱T-2教練機動力不足，失事率又過高。另外在岐阜基地的飛行開發實驗團與濱松基地的第一術科學校也有少量配屬。由於中共軍事擴張與F-4EJ改已經老舊，目前正計劃移調一部份F-15J到那霸基地。
完成的F-15J/DJ很接近F-15C/D，但是在電戰系統上則有所不同，包括改用日本製的J/APR-4 RWR、J/ALQ-8 ECM系統、AN/ALE-45干擾絲/熱焰彈散佈器、及XJ/APQ-1雷達警告系統，加裝了資料鏈與MER-200P多重投射架。核武投射能力因為沒有需要而被去除掉。原先的F-15J是使用普惠F100-PW-100渦輪扇引擎，1991年開始逐步換裝為F100-PW-220。
1997年，空自開始進行F-15J的昇級，包含雷達與中央電腦都昇級到美軍F-15 MSIP II的標準，並且加裝了新的FLIR與IRST(Infrared
Search and Track，紅外線搜尋與追縱)系統。
大韓民國
南韓的F-15K，是F-15E的改良版。憑藉良好的基本設計與口碑、龐大的籌載量、作戰半徑以及無與倫比的裝備選擇彈性，F-15仍擊敗法國Rafael等新銳機種，獲得了南韓空軍的青睞。
韓國面對僅一線之隔的北韓，及背後撐腰的中共，國防需求度極高。中共擁有Su-30MKK長程攻擊機，這讓韓國政府感到強大的威脅。而另一方面，韓國也為了獨島(日本稱竹島)的主權問題，與海上漁業糾紛，而經常與日本發生衝突。1997年，韓國政府宣佈將採購長程打擊戰機，稱為F-X，除了要求要有高性能的戰機外，還要求技術轉移予韓國工業廠商。
RFI於1997年底發佈，要求新的長程打擊戰機必須能攜帶15,000磅的武器，並能達到9G的負荷，參與競標的包括達梭(Dassault)的疾風(Rafale)，歐洲戰鬥機颱風，蘇霍Su-35，以及F-15E韓國版的F-15K。韓國空軍則發出RPF給四家廠商，追加昇級的紅外線搜索追縱系統。2002年初，韓國政府宣佈將在F-15K與Rafale中選擇其一，由於Rafale優異的運動性和新一代的航電，即使美國方面很努力地推銷F-15K，韓國空軍仍較傾向採用Rafale。然而在4月19日，卻宣佈由F-15K獲得40架的訂單，達梭立刻向首爾提請法院禁止令，質疑政府的競標程序受美方施壓而改變，韓國國防部則表示是基於F-15K的多重任務能力、酬載、作戰半徑、性能、與基本型F-15E已有實戰驗證，而選擇採用之。目前F-15K已自2005年開始交機，預計到2008年完成40架。
F-15K裝備了許多其它外銷型，甚至某些連E型都沒有的裝置，這些也都是為了南韓的需求。F-15K的引擎使用GE的F110-GE-129，是F-15系列第一個使用GE引擎的次型，它擁有29,500磅的最大後燃推力，三星航太將承製引擎的部份構造。
F-15K同樣搭載APG-63(V)1雷達，增加對海面搜索與地面移動目標指示的模示，另外美國還允許韓國接收APG-63(V)2主動電子掃瞄陣列(Active
Electronically-Scanned Array，AESA)雷達，將使F-15K能搜索得更遠、更快、以及同時攻擊8個目標的能力。座艙內使用聯合頭盔提示系統(Joint
Helmet Mounted Cueing
System)，將重要資訊直接投射在面罩上，只要轉頭就能鎖定敵機，取代了多功能顯示器。外掛硬點上還有MIL-STD-1760資料鏈的線路，使F-15K能夠使用GPS導引武器。
由於必須對抗北韓的海上武力，F-15K整合了使用AGM-84D魚叉反艦飛彈與其衍生型AGM-84E距外攻陸飛彈(Stand-off Land
Attack Missile，SLAM)的能力，另外在空優方面，F-15K也能使用AIM-120C，與響尾蛇家族最新的AIM-9X。同時，K型與E型同樣配備AAQ-13與AAQ-14，依靠HUD上的FLIR影像可以低飛至100呎，但不確定是否具備地貌追沿能力，另外雷射標定的能力也同樣具備。
另外F-15K也裝備了ALQ-135M整合反制系統，及ALR-36M雷達警告接收器。
新加坡
為了汰換原有的A-4SU天鷹式攻擊機，新加坡空軍打算採購新的多用途戰機，麥道為此發展出F-15E的最新衍生外銷型F-15T，T代表與韓國的採購案相同的是，最後的階段仍是F-15T與Rafale的競爭。新加坡政府在2005年12月決定採購，據法國國防部的表示，新加坡的決定是受到對美元與歐元匯率的影響。原先在競標階段以F-15T為名參與競標，後來改稱為F-15SG，以SG代表新加坡，與F-15K同樣採用F100-GE-129，整體來說和F-15K相去不遠，但改用APG-63(V)3主動電子掃瞄陣列(Active
Electronic Scanned Array, AESA)雷達。新加坡共採購12架價值約10億美元的F-15SG，預定將在2008到2009年完成交機，另外有8架的選擇權，一方面是因為F-35仍然在發展中。而所有武器的相關採購費用還要7.41億美元。
實戰
以色列空軍在1979年首開F-15戰例，在6月27日一次對黎巴嫩南部地區恐怖份子基地的攻擊行動中，由F-15與幼獅式戰機組成的混合編隊擔負了攻擊機群的掩護，並創下5:0的戰績。9月24日，以色列的F-15擊落了5架敘利亞戰機，次年6月27日又擊落一架。
1981年3月13日，以色列F-15擊落了一架MiG-25，當時它試圖攔截一架以色列的RF-4E戰術偵察機，這個指標性的紀錄代表以色列已經能夠對抗這種其它機型無法應付的強敵，也證明F-15不負當年開發者對它的期待。同年7月29日又擊落了一架，而在次年5月也擊落了兩架敘利亞MiG-23，同樣是在當年使西方世界受到極大震撼的戰機。
1981年6月7日，配備FAST莢艙以提昇航程的F-15，自高空掩護F-16機群襲擊巴格達附近的核子反應爐，中斷了伊拉克的核武計劃。由於這次行動利用了沙烏地阿拉伯西北部防空網上的漏洞，反而成為使其獲得E-3A哨兵式空中預警機的重要因素。
在波灣戰爭之前，F-15最大規模的運用就是1982年的加利利和平行動，在6月5日及12日貝卡山谷之役中，以色列空軍共擊落了至少92架敘利亞戰機，大部份都是F-15的功勞，其中包含至少三次是在大角度爬升下發射麻雀飛彈。
1984年7月5日，第六中隊的F-15在對抗伊朗F-4E攻擊沙國油田的戰鬥中擊落兩架入侵敵機，創下麥道製飛機互鬥的首例(可能也是唯一的例子)。
沙漠風暴
1990年伊拉克閃電入侵佔領科威特後，美國立即於8月6日展開沙漠之盾行動，以避免伊拉克南下襲擊沙烏地阿拉伯。蘭利空軍基地的第1戰術戰鬥機聯隊所屬的F-15C展開到Dhahran的部署行動，12日山繆強森空軍基地第4聯隊第336中隊的F-15E也啟程前往波斯灣，實際上由於尚未裝備LANTIRN標定莢艙，這批臨危授命的F-15E是處於未完成作戰準備的狀態。
F-15C/D與沙烏地的F-15C，與沙烏地和英國的龍捲風FMK3一同執行戰鬥空中巡邏，而F-15E也馬上開始訓練已經成為必要的對地打擊，9月30日一架F-15E在訓練中失事，兩名飛行員陣亡。
第二階段的沙漠之盾在11月展開，第33聯隊第58中隊和位在德國的第36聯隊第53中隊的F-15C部署到西部的Tabuk，第525中隊和荷蘭的第32中隊加入土耳其Incirlik的第7440混成聯隊，，第二個F-15E中隊的第335中隊部署到Al
Kharj。
沙漠風暴行動在1991年1月17日展開。大部份的空戰都是由F-15C進行，其中大部份都是58中隊的戰鬥。它們共擊落了36架敵機並且無一損失，其中許多是試圖逃往伊朗的飛機。空戰中只有少數是纏鬥，大多都是由AIM-7麻雀飛彈完成的視距外空戰，扭轉了越戰中的不良形象。機炮則從未使用。一架編號85-0102的F-15C創下了三次擊墜紀錄，不過並不是由同一位飛行員所完成。
沙烏地阿拉伯的F-15C也擊落了兩架沿著波灣海岸線飛行的幻象F1，它們可能攜帶了飛魚飛彈準備攻擊海軍部隊。
雖然F-15E尚未完成備戰，但仍被派遣去獵殺飛毛腿飛彈，大多數的任務沒有成功，不過也擊毀了其它地面目標。飛行員聲稱由F-15E投擲的雷射導引炸彈有80%命中目標。直到戰爭結束，仍有部份F-15E沒有裝上LANTIRN莢艙。
沒有任何F-15C/D在戰鬥中損失，但有兩架F-15E被地面炮火擊落，分別在1月18日與19日，前一架的飛行員陣亡，後一架的則被俘虜。
戰後F-15C繼續執行伊拉克禁航區的戰鬥空中巡邏。在3月22日以AIM-9擊落了一架Su-22，當時同飛的另一架則倉促降落。3月24日又擊落了一架Su-22，而另一個飛行員則聲稱在該Su-22的墜落處附近擊落了一架PC-9教練機。1994年4月14日，兩架F-15C在北部禁航區誤擊了兩架UH-60黑鷹式直昇機，造成要前往庫德族區域的26名美國及聯合國人員陣亡，兩架直昇機分別被AIM-120與AIM-9擊落。
軼事
單翼機？
1983年5月1日，以色列空軍正在進行的一次纏鬥訓練中，一架F-15D撞上了一架A-4天鷹式攻擊機。A-4墜毀，而F-15D也嚴重受創。飛行員一開始以為飛機只是吃到了A-4的尾流，但還來不及反應，就看到A-4化為一團火球，飛行員也彈射了。後座的教官要求彈射，但這時飛行員發現雖然右側主翼油量快速地流失，儀表板卻沒有任何警示，飛行員試圖取回對飛機的控制，並且要求機場準備好攔截網。飛機以高達260節的空速進場，捕捉勾勾到攔截索後就扯斷了，這使飛機速度減低了100節，最後飛機在攔截網前10公尺處煞車停了下來，飛行員轉過頭打算向教官握手道賀時，才發現右側主翼除了內側根部殘留的2呎左右外整個都不見了……
以色列空軍向麥道詢問F-15是否有可能在只剩一邊主翼的情況下迫降成功，麥道表示這在空氣動力學上是不可能的，這已經由電腦模擬確認云云，直到他們收到飛機的照片……事後調查認為能夠成功迫降是因為機尾巨大的水平面積，以及引擎進氣道與機身提供的額外升力，與一位「強得跟鬼一樣的飛行員」。兩個月後，這架飛機完成修復並回到任務行列。
空對空炸彈？
F-15E一般不會進行對空戰鬥，它們大多以炸彈打擊機場的飛機。但在1991年2月14日，一架335中隊的F-15E在回應地面上美軍特種部隊的請求後，以FLIR捕捉到一架Mi-24雌鹿式攻擊直昇機，並投擲GBU-10鋪路二型(Paveway
II)2000磅雷射導引炸彈，三十秒後，F-15E的飛行員認為他們錯失了目標而準備以AIM-9再次攻擊，然而直昇機突然就消失了。當時的特種部隊判斷直昇機是在約800呎高度被炸彈擊中的。而F-15E機群試圖要攻擊其它的直昇機，但他們都逃走了。這次的擊墜紀錄直到2001年11月2日才獲得認可。
只有F-15能擊落F-15？
雖然目前尚無F-15在空戰中被擊落的紀錄(除了不被以色列承認的那一次疑似擊墜紀錄之外)，然而在1995年11月22日，日本航空自衛隊第303飛行隊(駐紮於小松基地)所屬，尾碼62-8870的F-15J，在實彈的空戰機動(Air
Combat Maneuvering，ACM)訓練中，可能是由於安全裝置的故障，誤將AIM-9L飛彈射出，擊中了另一架尾碼52-8846的F-15J，飛機墜落到日本海，飛行員則在彈射逃生後被漁船救起。
F-15的未來
由於F-15是60到70年代的設計，已經落後時代一大截，因此早在80年代時，空軍就展開了用以取代F-15的先進戰術戰鬥機(Advanced
Tactical Fighter，ATF)計劃，並在1991年宣佈由洛克希德團隊的YF-22勝選。雖然在那之後經歷了許多變化，包括研發進度的落後、預算的刪減等，使得第一支F-22中隊直到2006年1月才完成IOC並加入空軍的作戰行列，預定採購數量也只剩下當初的四分之一。然而F-15早已逐漸老化，無法再勝任太過繁重的任務，早自90年代中期，F-15就有妥善率下降的狀況，包括結構、引擎、雷達等問題，就花了幾十億美元進行改善。
前蘇聯為了和F-15對抗，而研發出巨大但有著難以想像的機動性的Su-27側衛(Flanker)系列戰機，另外還有歐洲國家合作研發的EF-2000颱風(Typhoon)式戰機，及法國獨力研發的疾風(Rafale)式戰機，這些不論是在加速性、機動性、爬升率、航電、雷達、火力、航程等方面都較為優秀的新飛機，都讓F-15顯露疲態。即使F-15C目前仍在持續進行各種延壽及改良工作，例如換裝APG-63(V)2主動電子掃瞄陣列(Active
Electronic Scanned Array，AESA)雷達，與戰機間資料鏈(Fighter Data Link，FDL)等，它依然是老飛機了。
比翼齊飛的F-15C與F-22，象徵美國空優戰鬥機的世代交替。
F-15C/D已經逐漸逼近大關。F-15初期的需求是能達到4,000個小時，而在1973年的測試則認為它能支撐到16,000小時，但這當然不是能完全發揮性能的程度。雖然花了30億美元進行延壽，以每年270小時的使用來看，第一批F-15C在2010年就會達到8,000小時，再使用下去就會有困難，除非再花下更大筆的資金更換各種老化的次系統，而這些費用可能不下於採購更多的F-22，但是若國會這關解決不掉，這個問題依然無法解決。F-15E在這方面問題還不嚴重，一方面是它較晚生產，另一方面是它的機體原先就要求16,000小時，那麼它可以使用到2030年代中期才開始被後繼者替換，不過由於原先要替代它的計劃已經被取消，加上F-15E的設計也已嫌老舊，因此美國空軍似乎也得開始著手於此了。
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