最后的雄猫
1987 年 11 月，格鲁曼卡沃顿试飞中心跑道上起飞了一架经过重大改进的 F-14A。这架飞机外表普通（机号 501，BuNo 161865），内部却安装了为 F-14D 计划研制的雷达、航电与数字式仪表。F-14D 是为了解决美国海军对现代化截击机/战斗机的性能需求而出现的。
F-14D 原型机，BuNo 161865，外表是一架普通的 A 型，但是改装了先进的航电系统
F-14D 是在 F-14B 基础上改进的，外观上的不同只能从机鼻下双舱的光电吊舱看出来，新的光电吊舱集成了电视与红外系统，同时去掉了翼套下的电子战天线。1984 年 7 月海军与格鲁曼签订发展与生产合约，第一架（BuNo 163412，雄猫的第 596 架）批次 Block155。
首架新制造的 F-14D，BuNo 163412，注意机鼻下双舱的光电吊舱
F-14D 安装了休斯 AN/APG-71 雷达，AN/APG-71 是 AWG-9 的改进型号，不过利用了美国空军 F-15 鹰多阶段改进计划中的 APG-70（F-15E 雷达）的技术，大幅提高抗干扰性能。AN/APG-71 雷达天线本身是一种低旁波瓣辐射的天线，而且它可以滤除从旁波瓣进入的干扰波，再加上它可以用单脉冲进行准确的角度跟踪，所以想要干扰 AN/APG-71 雷达是相当困难的。
正在作 AN/APG-71 雷达维护的 F-14D
这具雷达改进了它的多普勒测距信号的频率调变模式，使得它对于地面杂讯有较佳的解析度。在空对空模式方面，AN/APG-71 雷达将 AWG-9 的低脉波重复频率（Pulse Repetition Frequency, PRF）改为中 PRF，对迎头的空中目标锁定方面有较好的表现，能够测得更准确的距离。据说 AN/APG-71 雷达可以测出迎头目标的发动机压缩叶片的数目，进而获知发动机型号与飞机的型号。AN/APG-71 雷达最大发射功率 5 千瓦，仅为 AWG-9 的一半，但最大搜索距离反而增加了。由于采用了 APG-70 的新型高速数字信号处理器，处理能力比 AWG-9 提高了六倍。数字式扫描控制。同时 APG-71 还保留了 AWG-9 下视/下射脉冲都普勒扫描/跟踪能力。AN/APG-71 能同时跟踪 24 个目标，同时攻击其中的的 6 个，雷达作用高度范围 24 米至 24,000 米。
F-14D 独特的光电吊舱
另一个改进重点在航电系统的数字化改进，增加两台 AYK-14 任务计算机，可编程数字控制显示器，ASN-139 数字式导航系统，数字存储管理系统和红外搜索/跟踪系统，ALR-67 雷达告警接收机，ALQ-165 机载自卫干扰系统。
原先雄猫装备的 AWS-27B 双向数据链系统可以与 E-2C 的机载战术资料系统（Airborne Tactical Data System）交换资料，但缺点是仅能与 E-2C 联网，一旦 E-2C 超出通讯距离，通讯便中断。所以在 F-14D 中引入了联合战术信息分配系统（Joint Tactical Information Distribution System -JTIDS）。JTIDS 是海军飞机之间共享语音与雷达信息的保密数据链，这样 F-14D 可将自己的雷达信息传送给其他保持雷达静默的同伴，另外周围其他海军飞机，如 F-18 和 E-2C 在保持雷达待机状态时也可接受 F-14D 的信息。
为了提高安全性，F-14D 将原来的马丁-贝克 GRU-7A 弹射座椅改为"海军人员通用逃生系统"。"海军人员通用逃生系统"是指马丁-贝克（Martin-Baker）MK14 零高度弹射座椅。MK14 取消了头靠上部的两个弹射拉环，并安装有电子定序器，根据飞机的速度和高度自动调节座椅，实现精确弹射。
左：F-14D 的马丁-贝克 MK14 右：F-14A/B 的马丁-贝克 GRU-7A 弹射座椅，头靠上装有弹射拉环
休斯公司为 F-14D 改进了不死鸟导弹—— AIM-54C(+)，AIM-54C(+) 自带冷却系统，无需 F-14 供应冷气，并且改进了抗干扰装置。F-14D 增强了对地攻击能力，不再是纯粹的制空战斗机，雷达增加了地攻模式，换装的 HUD 与 F/A-18 的十分相似。F-14D 可以安装与 F/A-18 一样的 BRU-32 炸弹挂架，能挂载海军所有的空地炸弹。
作为 F-14 改进计划的一部分，休斯公司的 AIM-120 AMRAAM 准备取代 AIM-7 麻雀作为 F-14D 的中程导弹，AIM-120 重量是 AIM-7 的三分之二，但射程更远，战斗部更大。不过由于改装经费不足，此计划已被冻结。另外 F-14D 还实验过挂载德州仪器（Texas Instruments）的 AGM-88 反辐射导弹。海军于 1982 年 12 月开始装备 HARM，并且在 1985 年 3 月 24 日入侵利比亚的黄金峡谷行动中（OPERATION ELDORADO CANYON），A-6 与 A-7 首次发射 HARM 攻击利比亚 SA-5 导弹阵地。
F-14B 原型机翼下挂载两枚 AGM-88 HARM，机腹又挂 4 枚 MK83 炸弹，正在为 F-14D 进行对地攻击可能性的研究
F-14D 的生产始于 1990 年 3 月，计划生产 127 架，年产 12 架，并改装 400 架 F-14A，到 1998 年舰队全部装备F-14D。但是由于 F/A-18E/F 的采购，F-14D 生产数量大大削减，一共制造了 37 架 F-14D，改装了 18 架 F-14A。1991 年 2 月 26 日，F-14 生产线永久关闭。
F-14D 前后座舱视图，注意新式 HUD
1997 年 4 月 8 日，两架 VF-2 中队的 F-14D 战斗机停在“星座”号航母的甲板上。当时“星座”号正经过太平洋中部，前往波斯湾执行为期六个月的任务。三个船员也在那欣赏太平洋的彩虹
VF-31 中队的 F-14D 进行高速对地攻击训练，F110 发动机加力燃烧室大开
F-14D DFCS（From Tomcat521.com）
F-14 数码飞行操控系统（DFCS）是NAWC负责的计划。一架配备了 DFCS，隶属 NAWC 航空部（AD）的 F-14D，在 1995 年 7 月 14 日在 NAS Patuxent River 进行首飞。DFCS 的设计目的是防止 F-14 进入不可改出的水平螺旋，以及航母着舰事故。
F-14D DFCS
现在，DFCS 系统已经正式服役。1998 年 6 月，首两个中队：VF-14 和 VF-41 的 F-14A 都装上了 DFCS 系统。2001 年，所有 F-14 应该已全部配备 DFCS。
自 1970 年 F-14 面世以来，由于大攻角飞行中引致飞机失控，以及着舰事故造成的损失，已经多次出现。F-14 在大推力起飞时，亦会出现侧滑，其进场时的飞行质素，亦令着舰出现困难。
DFCS 取代了 F-14A/B/D 模拟增加稳定系统，以及自动驾驶仪，并利用原有的液压机械操控系统。新的飞机操控计算机在大攻角及侧滑超过限制时，自动输入反螺旋操控指令。DFCS 亦互相联系了副翼 - 方向舵运动，令着陆更加容易。
Scott Kelly 上尉是 DFCS 首飞飞行员，集中测试进场着陆的稳定性，领航员是计划负责长官 William Minch 中校。
2000
年春天，DFCS
软件和硬件被送到 NAS
Patuxent River 的 NAWC
总部，而 VX-9
中队会进行操作测试，直至技术成熟就可以正式量产。DFCS
会提高飞机在大攻角飞行及着陆时的操控性，1999
年，曾在 CVN-65
企业号航母上进行了示范。此外，DFCS
亦提高了最大过载。在测试过程中，DFCS
F-14D SD230 由于大过载飞行，导致右发动机机身部份出现严重结构性损毁。当个，这不是
DFCS 的问题。后来在
2000 年
1 月，海军限制了
F-14 在和平时代一般运作，空速
570 节不可超过
4G，700
节不可超过 3G，700G/1.4M
以上只能作 1G。如果有外挂武器，又有另一套限制
G 数。这是因为要延长
F-14 的寿命。
DFCS 会改进
F-14 的机动性、生存能力以及可靠性，避免进入螺旋。飞行员可以作出更有攻击性的机动。在
F-14 进入服役的第四个十年，DFCS
系统是必须的升级。
