"Фантомы" для "Тандербёрдз" прошли весьма серьезную доработку. Радиооборудование дополнили УКВ радиостанцией гражданского диапазона и инструментальной системой захода на посадку. Все, что связано с применением вооружения, включая пушку, было демонтировано. Существенная часть доработок была связана с сокращением членов экипажа – в пилотажной группе операторов вооружения не имелось, а в задней кабине летали лишь техники и только на перелетах. Поэтому органы управления радио- и навигационным оборудованием пришлось перенести в переднюю кабину. В задней кабине демонтировали ручку управления. Изменения претерпела приборная доска в передней кабине. Были сняты оптический прицел и индикатор РЛС, взамен установлены акселерометр, индикатор инструментальной системы посадки, хронометр. Убрали также все пульты управления вооружением, вместо них смонтировали перенесенные из задней кабины панели с органами управления радиоаппаратурой и навигацией. Приборная кабина "пилотажного" F-4E радикально отличалась от кабины строевого F-4E. Летчик получил возможность включать форсаж, перемещая только РУД правого двигателя (штатно двигатели управлялись строго индивидуально – каждый своим РУДом). Топливная система после модернизации обеспечивала подачу топлива к двигателям при отрицательных перегрузках в течение 50 с.
Вместо УР "Спэрроу" на подфюзеляжных узлах подвешивались баки с маслом для образования дымов. Интересно, что внешне баки были "оформлены" как ракеты. Дым генерировался традиционным способом: впрыском масла в сопло двигателя. В отличие от "Фантомов" пилотажной группы "Блю Энжелз", F-4E из "Тандербёрдз" производили дым только одного цвета – белого. Подача масла в сопло выполнялась сжатым воздухом, вытеснявшим масло из баков. Баллоны со сжатым воздухом были установлены в носовой части фюзеляжа вместо снятой РЛС. Подвеска вооружения исключалась, но самолет сохранил возможность нести один подфюзеляжный и два подкрыльевых ПТБ.
В период эксплуатации "Фантомов" группа установила антирекорд по количеству зрителей на официальном шоу – за показом на Аляске в 1969 г. наблюдало всего 30 человек. Впрочем, многие до сих пор считают пилотаж на "Фантомах" самым впечатляющим за всю историю существования "Т-птиц". Последний из 518 показов на "Фантомах" группа выполнила 10 ноября 1973 г.
Разразившийся в 1970-е гг. топливный кризис побудил командование ВВС США подыскать прожорливым "Фантомам" более дешевую альтернативу, которой стал первый американский сверхзвуковой УТС Нортроп Т-38А "Тэлон". Пять Т-38 расходовали керосина столько же, сколько один F-4! В обслуживании УТС опять-таки был намного дешевле истребителя.