Vaikka F-4C oli käytännössä identtinen laivaston/merinapuolueen F-4B:n kanssa lennon suorituskyvyssä ja kuljetti AIM-9 Sidewinder-ohjuksia, USAF:n räätälöity F-4D saapui alun perin kesäkuussa 1967 varustettuna AIM-4 Falconsilla. Falcon, kuten sen edeltäjätkin, oli suunniteltu ampumaan alas raskaita pommikoneita, jotka lensivät suorana ja tasaisesti. Sen luotettavuus ei osoittautunut paremmaksi kuin toiset ja sen monimutkainen ampumasarja ja rajoitettu etsimyspääjen jäähdytysaika tekivät siitä käytännössä hyödytöntä taistelussa ketteritä hävittäjiä vastaan. F-4D:t palasivat käyttämään Sideersia "Rivet Haste" -ohjelman puitteissa vuoden 1968 alussa, ja vuoteen 1972 mennessä AIM-7E "Dog Sparfight" oli tullut USAF:n lentäjien ensisijainen ohjus.
AIM-9 Sidewinder-ohjukset