1960年代中期美国海/空军开启联合战术战斗机实验（TFX）项目，旨在为各种作战任务研发通用型战斗机，格鲁曼与通用动力两家航空企业合伙研发F-111B重型舰载机，该机拟替代旧式的F-4幻影II海军型舰载拦截机。F-111B采用了变后掠翼、加力涡扇发动机和AWG-9火控雷达、AIM-54凤凰远程空空导弹等当时科技含量最高的子系统。
F-111B与美国空军的F-111“土豚”战斗轰炸机并行设计，在研制过程中遇到一些棘手问题，美国海军对具有空战机动性飞机的要求也发生了变化，因此F-111B并没有被海军订购生产，在下马前曾经上舰测试。F-111B后来被更小更轻的格鲁曼F-14雄猫取代，后者继承了F-111B的发动机，AWG-9雷达和凤凰远程空空导弹以及类似的变后掠翼配置。
美国海军对拦截机的要求可以追溯到1950年代，当时苏联开始开发反舰导弹，这种导弹可以由轰炸机在舰船防空系统之外远程发射。想起第二次世界大战中日本毁灭性的神风敢死队袭击，美国海军上将们对苏联反舰导弹威胁十分惧怕。为了反制苏联反舰导弹，美国海军提出了FAD（舰队防空战斗机计划）并配备了道格拉斯公司于1959年推出的F6D拦截机。与以前的战斗机不同，道格拉斯的F6D就像是空中导弹发射架，配备强大的雷达和并排座椅，机组人员可以更好地配合，但F6D的空战机动性很差。
艾森豪威尔总统在卸任前暂停了包括FAD在内的海军新战机计划，把发展新一代战机的任务留给了下一任。新上任的国防部长麦克纳马拉几乎在上任后的第二天就开始整理海军的研发项目，在1961年2月14日（上任后24天）就正式推出了TFX，把空军的战术战斗轰炸机和海军的远程截击机需求拧在一起。美国空军发布了一项远程拦截/攻击机的招标，该飞机能够以超低空高速突防的方式穿透苏联的防空系统，向关键目标投掷战术核武器，这架飞机是F-105“雷霆”的后续机型。与此同时，美国海军寻求一种远程高速防空拦截机，以防御航母战斗群免受苏联轰炸机和潜艇发射的远程反舰导弹的攻击，同时海军要求此飞机配备强力火控雷达，可同时对付多个目标。
空军和海军对新飞机的作战性能有不同的要求，在1961年6月4日，国防部长麦克纳马拉正式指示两个军种研究开发满足这两个要求的飞机，TFX计划正式启动。早期的研究表明最好的选择是先基于空军的要求进行基础架构设计，再依照海军的要求进行具体修改。美国空军和海军只能就变后掠翼、双座、双引擎的设计特点达成一致，美国空军想要一种用于低空穿透的串联座舱飞机，而海军想要一种更短、高空飞行、并排座椅的拦截机。此外美国空军希望飞机的高空极速为1.2马赫，低空极速为2.21马赫，长度约为6.2米。海军要求高空极速为2.6马赫，低空速度0.9马赫，长度为4.6米。海军还想要配备一个50英寸直径的雷达天线用于远程探测和导弹制导，最大起飞重量为22700磅。
TFX的招标书于1961年8月提供给工业界，同年2月，波音、通用动力、洛克希德、麦克唐纳、北美都提交了他们的设计方案。麦克纳马拉部长选择了通用动力公司的提案，因为它在空军和海军TFX版本之间具有更好的通用性，而波音公司的方案通用性不好，空军和海军版本只共享不到一半的主要结构部件，通用动力公司随即签署了TFX研发合同。
空军F-111A和海军F-111B使用相同的机身结构部件和TF30-P-1涡扇发动机。按照海军的要求，F-111B采用并列座椅，其飞机头部比F-111A短了2.59米，并且翼尖加长了1.07米，以提高续航时间。海军版本将装备先进的AN/AWG-9脉冲多普勒雷达和六枚AIM-54凤凰远程空空导弹。空军版本将配备AN/APQ-113对地攻击雷达、AN/APQ-110地形跟踪雷达和各种空对地武器。无论是F-111A还是F-111B，其机翼后掠角可在16度和72.5度之间任意变换，机身主要由铝合金组成，还使用钢，钛和其他材料。
由于缺乏舰载战斗机的研制经验，为了降低技术风险，通用动力公司与格鲁曼公司合作组装和测试F-111B飞机。此外，格鲁曼公司还负责制造F-111A的后机身和起落架。事实证明，两种F-111版本都存在严重的超重现象，主要是弹射救生系统造成的。因为要让两名飞行员同时弹射，他们的座椅实际上是被包裹在一个可以整体弹射的小舱室中，而这个经过特殊改装的座舱增加了很大的重量。当然每枚超远程“不死鸟”空空导弹的体积也不小，它们的重量也很大。过重现象困扰着F-111B的整个发展过程，其空重达到了20910公斤。海军对F-111B的性能要求是在1965年越战爆发之前制定的，这表明海军需要一种可以近距离与敌方战斗机空战的飞机，海军希望其性能比F-4幻影II更好，但在飞行试验中，F-111B的空战机动性明显不如F-4。
飞行员还抱怨说，由于迎角和挡风玻璃过于倾斜引起光线反射，使飞行员在着舰过程中的能见度很低。此外，F-111B的TF30-P-1涡扇发动机推力欠佳，无法在接近航母时产生指定的加速度，如果没有钩住拦阻索，F-111B还要依靠这些加速度重新降落，否则就要一头载入海中。
随着F-111B项目渐入困境，格鲁曼公司开始研究改进和替代方案。通用动力的工程师们则坚持不懈地工作，启动超级体重改善计划，经过一番努力，他们削减了机身超过一吨的重量，并对空气动力学外形进行了改进，将飞机的着陆速度降至115节(132英里/小时)。F-111B还换装了更高推力版本的TF30大推力涡扇发动机，并重新设计了发动机进气道，几乎消除了压气机失速现象。但是这些改进措施已经晚了，1966年，海军授予格鲁曼公司一份合同，开始研究更先进的战斗机设计，F-111B的末日出现在1967年中期，国会的两个军事委员都投票决定不资助生产F-111B，后来还发生了几起坠毁事故，国防部也下令停止F-111B的研制工作。
F-111B的替代品格鲁曼公司的F-14雄猫源自格鲁曼公司最初的303型设计。它虽然比F-111B轻，但它仍然是美国从航空母舰起飞和降落过的最大最重的战斗机，同时F-14的机动性比F-4更好。F-111B只为拦截机角色而设计，但雄猫增加了机体前部安装的M61火神加特林机炮，机翼下可携带响尾蛇/麻雀空对空导弹以及对地攻击炸弹，在与那个时代的苏联战机空战时丝毫不落下风。虽然F-111B最终没有服役，但陆基F-111A在美国空军服役多年，并在澳大利亚服役到2010年。
| 数 | 序号 | 描述 | 地点或命运 |
|---|---|---|---|
| 1 | 151970 | 带有重型机身，TF30-P-3发动机的原型机 | 1969年试飞后废弃使用。 |
| 2 | 151971 | 带有重型机身，TF30-P-3发动机的原型机 | 用于休斯AIM-54导弹试验。毁于坠机事故。 |
| 3 | 151972 | 带有重型机身，TF30-P-3发动机的原型机 | 损坏并退役。用于新泽西州NAES莱克赫斯特的NATF测试，可能在那里报废。 |
| 4 | 151973 | 带有轻型机身，TF30-P-3发动机的原型机 | 发动机故障坠毁。 |
| 5 | 151974 | 带有轻型机身，TF30-P-3发动机的原型机 | 坠毁。 |
| 6 | 152714 | 预生产版本，TF30-P-12 发动机 | 用于休斯AIM-54导弹试验。1969年退役。1971年拆毁。 |
| 7 | 152715 | 预生产版本，TF30-P-12 发动机 | 退役并存放在加利福尼亚州NAWS中国湖。 |
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