​上个世纪60年代末期，日本政府选择F－4鬼怪式战斗机为其未来战斗机，1968年11月1日，日本政府向公众宣布了这一决议，日本从此成为少数几个拥有F-4生产许可证的国家之一。日本航空自卫队总共接受了154架F-4EJ和RF－4E战斗机。F-4EJ几乎都是由日本三菱重工生产，而RF－4E则是直接从当时的麦道公司购买。受限于日本和平宪法，日本的这批F-4EJ在性能上被阉割，原来F－4具有的AN/AJB-7火控系统被移除，同时日本的F-4EJ不具有空中加油能力，日本用这些F-4战斗机逐步替换了之前的F－104战斗机。

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​当时的麦道公司在1971年1月14日把两架完整的F-4EJ战斗机交付给了日本航空自卫队，接下来的11架次则在日本三菱重工组装，日本自产的F-4EJ于1972年5月12日完成首飞。在接下来的9年时间内，日本三菱重工完成了172架F-4EJ的生产定单，最后一架F-4EJ在1981年5月20日完成，这也是世界上生产的最后一架F－4系列战斗机。 在1974年11月到1975年6月间，买到公司向日本航空自卫队交付了14架RF－4E战术侦察，这些侦察机几乎和RF－4C一致，但是日本安装了自己研制的雷达警告装置和其他一些不允许出口到日本的设备。

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F-4EJ从1972年8月份进入日本航空自卫队服役，当数量最多的时候有6个战斗机中队装备了这款先进的战斗机，包括301，302，303，304，305和306中队。而RF－4EJ被分配到了低501中队，在装备RF－4EJ之前这个中队是采用的RF－86F侦察机。

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日本航空自卫队在使用中也对这些F－4系列战斗机进行了一系列的升级改造，这些F-4EJ的改进型被称为F-4EJ改，数量从原来的110讲到了96架，在改进中安装了先进的APG－66雷达，增加了对地攻击能力，从而可以携带ASM－1或者ASM－2反舰导弹，这些改进提升了F-4的反舰能力。而侦察型的RF－4E也被提升到了RF－4 改，装备了AN/APQ-172雷达，另外还有17架F-4EJ被改造成了RF－4EJ，这是通过携带侦察设备来实现的，包括照相设备和红外探测系统等。F-4EJ改的首飞是在1984年7月17日，在1989年11月24日交付给了306中队。这些战斗机换装了AN/APG-66J雷达并且安装了平视显示系统，机载计算机也被升级，导航系统被换成了J/APR-6，另外也包括更换敌我识别系统。F-4EJ改被首先交付给了小松的306中队，但该中队随后换装了更先进的F-15J战斗机。1994年4月，F-4机队被缩减到3个中队，第8中队，低301中队和低306中队。而501中队依旧使用RF－4EJ侦察机。​

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目前日本航空自卫队的所有F-4系列战斗机都在日本东京附近的百里基地集中使用，从2016年开始，新田原基地的F-4EJ和百里基地的F-15J中队进行了替换，这样百里基地成为日本F-4战斗机最后的归宿。

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