F-111А представляет собой самолет с высокорасположенным крылом изменяемой стреловидности и двумя двигателями, находящимися в хвостовой части фюзеляжа. Крыло относительно толстое, с большим коэффициентом подъемной силы в полностью развернутом положении, что обеспечивает небольшую длину разбега и пробега и возможность длительного патрулирования. Оперение самолета имеет большую площадь стабилизатора, чтобы компенсировать смещение центра масс самолета, вызванное отнесением назад воздухозаборников и двигателей. Шасси рассчитано на эксплуатацию самолета с грунтовых дорожек. Носовая стойка шасси со сдвоенными колесами расположена под отделяемой кабиной экипажа из двух человек.

Система управления, разработанная для самолета F-111, необратимая бустерная, с гидравлическими приводами, включает самонастраивающуюся систему повышения устойчивости и усиления команд. В электронных системах самолета F-111 используется БРЭО: аналоговая прицельно-навигационная система Мк.1 с инерциальной подсистемой AJQ-20A; РЛС AN/APQ-113, служащая для навигации и управления огнем и имеющая оптический прицел ASQ-23, РЛС следования рельефу местности AN/APQ-110; коллиматорный индикатор. В режиме автоматического следования рельефу при полете на малых высотах (60 м и более) сигналы о дальности до препятствий на пути полета самолета, полученные от бортовой РЛС, подаются на автопилот, который управляет самолетом по тангажу и крену без участия летчика.

Средства РЭБ включают автомат сброса дипольных отражателей и ИК-ловушек ALE-28, приемник предупреждения о радиолокационном облучении APS-109, встроенный передатчик шумовых/ответно-импульных помех ALQ-94.

Для размещения вооружения имеются 6 подкрыльевых пилонов, рассчитанных на нагрузку массой до 2250 кг каждый. Из них 2 крайних неподвижные, рассчитанные на использование только при полностью развернутом крыле (угол стреловидности 16°). Эти пилоны должны быть сброшены до начала полета с большой скоростью. Четыре внутренних пилона при изменении стреловидности крыла поворачиваются навстречу потоку воздуха.

На подкрыльевых пилонах можно подвесить бомбы М117А1 массой 340 кг или кассетные бомбы GBU-58 на держателях с принудительным сбросом, или по одной бомбе Мк.82 массой 900 кг и Мк.83 массой 1350 кг. Возможна подвеска управляемых бомб семейства «Пейвуэй», снабженных усовершенствованной лазерной полуактивной головкой наведения, или управляемых планирующих бомб «Рокуэлл GBU-IS» для применения в операциях по изоляции поля боя и уничтожения различных целей (аэродромов, стартовых мощных ЗУР, РЛС, мостов, кораблей и самолетных ангаров). Для самообороны самолет может нести также УР AIM-9 «Сайдуиндер». Общий вес боевой нагрузки может достигать 14228 кг.

В нижней части фюзеляжа между нишами носовой и основных стоек шасси расположен отсек вооружения длиной 5 м. Он предназначен для размещения специальной боевой нагрузки (дипольных отражателей и ядерных бомб В43, В57 и В61) или разведывательного оборудования. На самолете F-111 установлена шестиствольная пушка М61 «Вулкан» (калибр 20 мм, скорострельность 6000 выстр./мин, боекомплект 2084 снарядов).

С 1978 г. самолеты F-111F стали оснащаться тепловизионно-лазерной системой AN/AVQ-26 «Пейв Тэк», включающей ИК-систему переднего обзора AAQ-9 и лазерный дальномер-целеуказатель AVQ-25, размещенные в контейнере на стабилизированной платформе в бомбоотсеке вместо вооружения. Длина контейнера 4,14 м, диаметр 0,5 м, масса 540 кг.

За 1964–1976 гг. было построено 562 самолета F-111 различных модификаций, отличающихся составом оборудования, конструкцией воздухозаборников и модификацией двигателей: в 1964–1969 гг. построено 154 F-111A, включая 17 опытных и один RF-111A, в 1968–1973 гг. -24 F-111C, в 1970–1973 гг. — 96 F-111D, в 1969–1971 гг. — 94 F-111E, в 1971–1976 гг. — 106 F-111F, в 1968–1971 гг. — 76 FB-111 А.

Вариант FB-111A, созданный как «временный» стратегический бомбардировщик (до поступления на вооружение нового стратегического бомбардировщика В-1 «Лансер»), имеет увеличенный на 2,13 м размах крыла, более мощные двигатели с тягой 9185 кгс, усиленные шасси и увеличенный запас топлива. Первый полет опытного самолета FB-111А состоялся 30 июля 1967 г., а первого серийного — 13 июля 1968 г.

В состав БРЭО входит навигационно-бомбардировочная система Мк.2В, включающая РЛС управления огнем AN/APQ-114, РЛС следования (на высоте до 90 м) рельефу местности APQ-134, доплеровская РЛС AN/APN-185, астрокомпас ASQ-119, радиовысотомер AN/ANP-176. Обработку информации от этих систем осуществляет бортовая ЭВМ СР-2. Оборудование самолета позволяет определять координаты наземных объектов визуально при полете над ориентирами с известными координатами с помощью данных, выдаваемых астрокомпасом и при визуальном совмещении объектов с радиолокационными ориентирами. Возможно также определение координат неизвестных пунктов с помощью бортового радиолокатора обнаружения и при пролете над известными пунктами. Для ведения РЭБ самолет оснащен приемником предупреждения о радиолокационном облучении РЛС AN/ALE-62 и аппаратурой радиопротиводействия AN/ALQ-137.

Основное вооружение самолета FB-111A состоит из ядерных бомб В43, В57 или В61 (две в отсеке вооружения и четыре под крылом), или шести УР малой дальности класса «воздух-земля» AGM-69A SRAM, или до 24 обычных бомб М117А калибра 340 кг общей массой до 10000 кг.

В 1990 г. 29 самолетов FB-111A были модифицированы в тактический вариант как истребители-бомбардировщики F-111G и к 1993 г. сняты с вооружения. Остальные 30 самолетов FB-111А были сняты с вооружения в 1991 г.

В середине 1970-х гг возникла острая необходимость иметь мощный постановщик помех, который был бы способен проникать через самые плотные электронные системы обороны. В 1975 г. компания «Грумман» начала разработку самолета радиопротиводействия на базе F-111A, и 15 декабря 1975 г. первый опытный EF-111A «Рейвен» поднялся в воздух.

В 1981–1985 гг. 42 самолета F-111A были переоборудованы в самолеты РЭБ EF-111А «Рейвен», которые предназначались для прикрытия помехами своих ударных самолетов из зон барражирования над своей территорией или из боевых порядков ударных самолетов при прорыве системы ПВО и нанесении ими ударов по наземным целям.

В американских ВВС самолет EF-111A является одним из основных (наряду с ЕС-1 ЗОН «Компас Кол») авиационных средств радиоэлектронного подавления объектов ПВО. Для решения этой задачи в отсек вооружения самолета была установлена самая мощная многофункциональная система активных радиопомех AN/ALQ-99E, которая также используется на самолетах РЭБ ЕА-6В «Проулер». Отличительной чертой EF-111A служит обтекатель на конце киля, вмещающий электронную аппаратуру массой 168 кг, и в том числе обнаружительный приемник ИК-излучений AN/ALR-23.

К середине 1993 г. ВВС США свели все свои самолеты F-111E, F-111F и EF-111A в одно «суперавиакрыло» в составе пяти авиаэскадрилий, а остальные варианты F-111 были сняты с вооружения. До настоящего времени F-111 является эффективным всепогодным фронтовым бомбардировщиком. По способности совершать полет на малых высотах для нанесения ударов в глубине оперативной обороны противника он и сейчас не имеет равных в американской фронтовой авиации, превосходя в этом отношении пришедший ему на смену истребитель-бомбардировщик F-15E. Планируется продолжить эксплуатацию самолетов F-111F до 2010 г. и более.

Боевое применение самолетов F-111 не ограничилось войной во Вьетнаме. Так, в апреле 1986 г. в налете на резиденцию ливийского лидера Каддафи в Триполи принимали участие 15 истребителей-бомбардировщиков F-111F и 3 самолета РЭБ EF-111A «Рейвен», базировавшихся в Англии. Основной задачей самолетов EF-111A было радиолокационное обеспечение самолетов F-111F.