F-111A pertama terbang pada Desember 1964. Pesawat operasional pertama disampaikan pada bulan Oktober 1967 sampai Nellis Air Force Base, Nev. Model A digunakan untuk pemboman taktis di Asia Tenggara.
Dikembangkan untuk US Navy, F-111B dibatalkan sebelum produksi. F-111C yang diterbangkan oleh Royal Australian Air Force.The F-111D yang telah ditingkatkan avionik dengan navigasi yang lebih baik, sistem udara-ke-udara pengiriman senjata, dan mesin turbofan baru. F-111D diterbangkan oleh 27 Fighter Wing, Cannon Air Force Base, NM
F-111 AS aktif berjuang di Vietnam setelah debut suram dalam konflik, ketika pesawat itu berulang kali dibuat jatuh oleh rudal anti-pesawat S-75, pada akhir konflik F-111 dianggap sebagai pesawat yang paling efektif dari semua pesawat militer AS yang digunakan di perang panjang itu.
Model E telah dimodifikasi intake udara untuk meningkatkan kinerja mesin dengan kecepatan di atas Mach 2.2. Kebanyakan F-111E melayani dengan Wing Fighter 20 Royal Air Force Station Heyford, Inggris, untuk mendukung NATO. F-111E juga dikerahkan ke Incirlik Air Base, Turki, dan digunakan dalam Operasi Badai Gurun.
F-111F mengalami peningkatan mesin turbofan memberikan model F-111F memiliki daya dorong 35 persen lebih baik dibanding mesin F-111A dan E. Avionik sistem model F menggabungkan fitur dari F-111D dan E. Model F terakhir disampaikan kepada Angkatan Udara pada bulan November 1976.
F-111F memberikan kontribusi pada pertempuran di Libya pada tahun 1986 dan Irak pada tahun 1991. F-111G ditugaskan Wing Fighter 27 di Cannon Air Force Base dan digunakan dalam peran pelatihan saja. Model G dikonversi FB-111A. Kini pesawat tersebut telah resmi pensiun.
