General Dynamics đã giành được hợp đồng của Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ vào năm 1962 để phát triển một máy bay siêu thanh theo chương trình có tên TFX. Chiếc máy bay này, sau này được chỉ định là F-111, sẽ là chiếc đầu tiên trong lịch sử kết hợp các tính năng thiết kế cụ thể để khiến nó có khả năng thực hiện trong nhiều vai trò.

F-111 là máy bay sản xuất đầu tiên có cánh quét biến đổi cấu hình cánh có thể thay đổi trong chuyến bay. Cánh cung cấp hiệu quả khí động học vượt trội. Với đôi cánh được mở rộng hoàn toàn, F-111 có thể cất cánh và hạ cánh chỉ trong 2.000 feet. Với đôi cánh bị cuốn hoàn toàn trở lại, nó có thể đạt tốc độ siêu thanh ở độ cao cao hoặc thấp. Ở độ cao lớn, F-111 có thể bay nhanh hơn 2,2 lần tốc độ âm thanh. Ở độ cao thấp, F-111 có thể bay với tốc độ siêu thanh ôm sát mặt đất với radar theo địa hình. F-111 cũng có thể bay khoảng cách xuyên đại dương mà không cần tiếp nhiên liệu.

Chiếc F-111 lập kỷ lục cho các chuyến bay siêu thanh dài nhất ở mức độ thấp (172 dặm ở mức dưới 1.000 feet độ cao) trên 09 Tháng 11 năm 1966. Đây cũng là chiếc máy bay chiến thuật đầu tiên vượt Đại Tây Dương từ Hoa Kỳ sang châu Âu mà không cần tiếp nhiên liệu ( vào tháng 5 năm 1967).

F-111 lần đầu tiên tham chiến ở Việt Nam bắt đầu từ cuối những năm 1960, được điều khiển như một máy bay ném bom xuyên thấu trong cả nhiệm vụ tầm cao và tầm thấp. Gần hai thập kỷ sau, phi hành đoàn F-111F của Không quân Hoa Kỳ từ RAF Lakenheath, Anh, đã sử dụng hệ thống ném bom dẫn đường bằng laser Pave Tack có độ chính xác cao chống lại các mục tiêu khủng bố ở Libya trong Chiến dịch El Dorado Canyon.

F-111 được bay lần đầu tiên vào ngày 21 tháng 12 năm 1964. Vào tháng 10 năm 1967, phiên bản đầu tiên được chuyển cho Bộ Tư lệnh Không quân Chiến thuật USAF tại Nellis AFB, Nevada. Hai năm sau, phiên bản máy bay ném bom sản xuất đầu tiên đã được chuyển cho Bộ chỉ huy không quân chiến lược tại Carswell AFB ở Fort Worth, Texas. Tổng cộng 562 chiếc F-111 đã được chế tạo. Chiếc đầu tiên được đưa ra khỏi dây chuyền sản xuất vào ngày 15 tháng 10 năm 1964. Chiếc cuối cùng được sản xuất vào năm 1976.

Sự nghiệp hoạt động của F-111 đã kết thúc vào ngày 3 tháng 12 năm 2010 tại RAAF Amberley gần Brisbane, Australia, khi một phi hành đoàn trong một chiếc F-111C (số sê-ri A8-125) của Không quân Hoàng gia Úc chạm vào chiếc máy bay lần hạ cánh cuối cùng. RAAF đã vận hành F-111 từ năm 1973. A8-125 là F-111C đầu tiên hạ cánh tại Amberley năm đó.