2002年（平成14年）度：开始升级工程。
2007年（平成19年）度：3月8日“多阶段改进计划 II”（MSIP II）第一架（32-8942）拨交“飞行开发实验团”进行实用化飞行试验，预计在年度内完成新构型升级的工程。
2008年（平成20年）度：编列20架的升级预算，总计达168亿日元。包括搭载综合电子战系统，是MSIP II的增加项目。
2009年（平成21年）度：编列22架的升级预算。此时已超越《中期防卫计划》期间预定的26机升级机队数量，因此增加为48架。其中的38架将机载雷达（AN/APG-63（v）1）的购算先列入。
2010年（平成22年）度：编列2架的升级预算，将2008年度预算的12架纳入。
2011年（平成23年）度：编列8架的升级预算。2008年度预算的8架与2009年度预算的2架合计10架纳入。
2012年（平成24年）度：修正原编列预算，同时加上另6架升级。推迟2009年度的10架升级预算。
2013年（平成25年）度：编列6架的升级预算。纳入2009年度的10架升级预算。
日本三菱电机仿制欧洲IRIS-T的“04式空空导弹”（AAM-5）具有全位向接战能力，性能相当于AIM-9X。直径12.6厘米，全长286厘米，翼展44厘米。采固态燃料推进，红外制导，飞行速度达3马赫
F-15J/DJ的“多阶段改进计划”先期工程内容：
·中央任务计算机的计算能力升级，能够搭载日本自制的新型空对空AAM-4导弹，为加强武器射击管理也增加了布线。
·机载武器火控面板由模拟式改为多功能显示器。
·从42-8944号以后生产的F-15J和52-8088号以后的F-15DJ发动机换装为数字控制、可靠性更好的F100-IHI-220E型涡扇发动机。
·从62-8958号以后的F-15J加装J/APQ-1机尾雷达告警器。
F-15J/DJ新型空空导弹的升级
在“多阶段改进计划”F-15J/DJ的定期维修（IRAN）时展开，涵盖了机体延寿。其内容是增加AAM-4、AIM-120与AAM-5导弹的发射能力，官方尚未公布具体的机队数目。
AAM-4与AIM-120的升级内容为：
·中央计算机与雷达的作战程序重编（在AIM-120B试射同时展开新程序的编写）。
·机身换装能挂AIM-120的LAU-106A/A发射架，该挂架同时保留了“麻雀”导弹的电缆和接口，仍能挂载AIM-7。
LAU-106A/A发射架
·武装操控面板的更新。
·搭载J/ARG-1导弹指令导引装置。
·雷达告警接收机与电子反制装置的更新。
·AN/APG-63雷达上敌我识别片状天线上的更新。
AAM-5的升级内容为：
·修改翼下LAU-114发射滑轨以适应AAM-5。至于“飞行教导队”（日本航空自卫队的“假想敌机”部队）用的飞机则换装成LAU-128发射轨，以LAU-128配合MIL-STD-1553B总线就能发射AIM-120，使F-15最多挂载8枚AIM-120）。
LAU-114发射滑轨
LAU-128发射轨，也是美军F-15的标准滑轨
AAM-5已成为日本F-15的标准格斗导弹·机身换装LAU-106/A发射架。
·第3、4、6和7批LAU-106/A导弹发射架中部的制造厂铭牌向前移动，后面增设导弹电缆连接榫。
·拆除连接导弹的中央电缆。
F-15升级成电子战飞机运用
日本航空自卫队编制有1架EC-1和2架YS-11EA电子战训练支持飞机，因此让战斗机进行电子战护航（增加干扰能力）也被列为考虑。其航空幕僚监部特地为多阶段改进计划先期工程的F-15J开发了一种和600加仑油箱相同体积的吊舱型“战斗机搭载电子防御装置”，考虑让F-15担任电子战。
日本防卫省“技术研究本部”在2008年展开“战斗机搭载型电子防御装置”的计划，据称已在2012年底完成系统样机的设计并展开样机测试，于2013年进行实际环境的性能测试。
结语
日本航空自卫队是全世界第一个以F-15大型战斗机用于假想敌空战训练的空军，早在20世纪90年代初就以此设置正常编制，在松岛基地的“飞行教导队”T-2教练机退役前就已调用部份中队的F-15展开混合训练，连美国空军都是在观摩了日本自卫队的训练成效之后，也才跟着用F-15模拟俄罗斯的苏-27系列战斗机，但日本的假想敌战术一开始并非以中国为仿真对象，反而是以俄罗斯远东地区的苏霍伊机队为潜在对手，因为从1989年起俄罗斯就已在库页岛等基地部署了苏-27。
日本航空自卫队的“飞行教导队”从1990年起就以F-15作为假想敌机模拟俄罗斯远东的苏-27系列战术战法。图为2007年9月5日在新田原基地的F-15DJ，据称日方已将少数假想敌F-15J调派至那霸基地以模拟中国机队 在F-35完全服役成军之前，日本航空自卫队起码还将使用F-15到2025年，届时其F-4EJ改机队已完全退役，战斗机部队仅剩其自制的F-2和F-15形成典型的高低搭配。
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