F-15E型是F-15的双座双重任务重大改型,用于执行全天候空对空及远距离对地遮断任务,偏重对地攻击。它的后驾驶舱经过升级,安装了四个多用途阴极射像管显示器。机上的环形激光陀螺惯性导航系统和三余度线传操纵系统能确保飞机做自动地形跟踪飞行。

1983年2月,F-15的多级别改进计划启动,第一种改进型MSIP F-15C于85年出厂。改进计划包括升级中央计算机;换装具有重编程能力的火力控制装置,这使得F-15能够使用AIM-7、AIM-9、AIM-120A的改进型号;换装新的战术电子战系统,包括ALR-56C雷达告警接收装置和ALQ-135对抗装置。MSIP的最后四十三架战斗机换装了休斯APG-70雷达。
F-15的C、D、E型在91年的海湾战争中取得了26比0的空战佳绩,充分证明了这一系列战斗机的超人作战能力。整个海湾战争中,F-15在盟军取得的36次空战胜利中占了其中36次。F-15E主要在夜间出动,借助LANTIRN吊舱,F-15E执行了大量攻击伊拉克弹道导弹发射车和炮兵阵地的任务。
F-15还参与了伊拉克南北禁飞区的巡逻任务和北约在前南地区的军事行动。

到1992年底停产时,麦道公司共生产各型F-15 1224架(F-15E 209架)。日本还专利生产了172架F-15J/DJ。至1992年底以色列共接收了81架F-15A/B和C/D。沙特共接收了98架F-15C/D,其中有22架是美国1990年8月的紧急援助。
随着时间推移,F-15虽然战斗力仍优于大多数现役战斗机,但机体结构略显老态。2002年3月军方已建议更换F-15的所有垂直翼面,以补救慢性水浸入、裂纹和孔洞扩展等老化问题。空军正设法为F-15的垂直翼面改装新型部件,改进修理工艺,以减少两次计划基地维护之间的现场维修工作。
2002年4月雷神公司获得价值1.16亿美元的合同,为F-15机队提供23套新型APG-63(V)1雷达。交付时间定于2004年12月。
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