1998 年 7 月 28 日，日本防卫厅发现 F-2 在试飞过程中一体成型复合材料机翼因耐不住高压高振动飞行环境而发生结构龟裂的严重弊病，其服役时间只能再度拖延。但日本防卫厅仍旧决定所有 4 架 XF-2 在 1999 年继续进行测试。日本防卫厅宣布“振动可能是由于电脑辅助作动产生的”。在特定情况下，飞机尾旋性能也需要改进.副翼部分的连接也需要加强，电池内的电子感应器和辅助发电器也存在问题。这些问题使飞行测试时间增加了 9 个月。
1999 年 5 月，东京附近的 TRDI 第三研究所进行静力测试时，一号机主翼内部发生裂纹现象，静力测试只能暂时停止 3 个月，整个计划因而推迟。10 月 12 日首架批生产型 F-2 在小牧南机场首飞。不过当年 10 月飞行测试时又发现新问题，特别是在携带 8 枚导弹时，在发射 4 枚后剩下 4 枚（两翼下 2 枚，翼尖 2 枚）情况时，飞机如果处在跨声速水平飞行状态会产生自行滚转现象，垂直尾翼也测到超过计算值的应力。为了找出问题以及确认新的飞行测试时间表，计划又推迟了 3 个月。日本防卫厅于 12 月 30 日宣布 F-2 项目延后至 2000 年 6 月为止，并增加 5 亿 5,100 万日元的预算。
日本防卫厅进行的测试是由两个公司分别负责的。最初一半的测试由技术研发所进行，但测试人员都是JASDF 的人员。以后的测试则是由 JASDF 的航空测试发展中心（ATDW）进行的，而这些飞机原本隶属于 TRDI，由于更换了隶属单位，编号和很多东西都要发生变更。1997 年 12 月 1 日，所有 4 架 XF-2 的编号从技术研发所序列改为 JASDF 序列。第一架 XF-2A 从 63-0001 改成 63-8501，第二架 XF-2A 从 63-0002 改成 63-8502，第一架 XF-2B 从 63-0003 改为 63-8101，第二架 XF-2B 从 63-0004 改为 63-8102。所有生产型的 F-2A 的生产序号都是 85 开头，所有 F-2B 飞机的编号都是 81 开头。
改变了隶属关系和序列号的四架原型机 2000 年 6 月 28 日日本宣布 F-2 从开发至操作测试全部结束，4 架原型机共累积进行 1,170 次飞行测试。
生产
1996 年年中日本议会批准了 F-2 的生产项目。JASDF 原计划在资金允许的情况下采购 141 架 F-2A/B，预计 2001 年开始服役。JASDF 的 3 个作战中队装备 74 架（三泽基地的第 2 和 8 飞行队，筑城基地的第 6 飞行队），取代 F-1；作战换装部队装备 21 架；飞行教导队装备 8 架；还打算给“蓝色冲击波”飞行表演队装备 11 架，其余封存。但 1997 年修改了计划后，装备数量被削减至 130 架（A 型 83 架、B 型 47 架），“蓝色冲击波”的份额遭取消。
1998 年 11 月 10 日，洛马制造了第一个 F-2 机身尾部，并按时交给了三菱重工。1998 年三菱以 9,912 万美元的单价开始制造 9 架 F-2 飞机。这个批次包括 2 架 F-2A 和 7 架 F-2B。日本人非常不喜欢人们将 F-2 和 F-16 比较，而 F-2 实际的表现和性能都是保密的，甚至连洛克希德的 F-2 项目管理人都说“F-2 计划对我们来说是不透明的”。同时，日本航空工业并不满意 FS-X/F-2 计划的政治影响，美国对合作制造施加了太大压力。
2000 年 9 月 25 日，首架批生产型 F-2A（03-8503）正式交付防卫厅。10 月 2 日，新编第 3 飞行队临时 F-2 部队成立。10 月 3 日，首架批生产型 F-2A 抵达三泽基地。随后两架单座 F-2A 分配给第 3 飞行队作为备用飞机。4 架 F-2B 配属给第 4 航空团第 4 飞行队作为教练机使用，用以替换 T-2 教练机。剩下的 3 架 F-2B 作为第 4 飞行队的备用飞机使用。
首架生产型 F-2A 03-8503 在 1996 年到 2000 年的中期防御建设计划中，共计采购了 45 架 F-2。这 45 架 F-2 包括 22 架 F-2A 和 23 架 F-2B，其中 5 架 F-2A 和 12 架 F-2B 没有获得政府资金。这里面 21 架 F-2A 和 4 架 F-2B 配属给第 3 飞行队。2000 年 10 月 2 日，日本 F-2 在日本三泽空军基地举行了服役典礼。到 2001 年日本执行战备作战任务的 F-2 已有 32 架，
F-2B 33-8119 JASDF 50 周年纪念涂装
防卫厅最初预计 F-2 总产量为 130 架。不过国际形势变化，日本面对的威胁减少，再加上严重超支，有一种意见认为应该放弃批量生产 F-2。但日本空自的 F-104 已经退役，F-1 也正逐步退役。放弃已投入的 3,000 多亿日圆，改选其他机种取代 F-2，会造成更大的浪费；而且从政治和经济角度去考虑，生产 F-2 不仅给目前日本低迷的相关工业带来了工作机会，也可以使得日军工企业在 F-15J 和 P-3C 结束生产后不致停产，维持必要的生产线。防卫厅在 2004 年底起草的新五年防务计划（2006～2010 年）中，把 1995 年计划订购的 130 架 F-2 消减为 76 架，2008 年这一数字又被修改为 94 架。按 1994 年的币值计算，这 94 架 F-2 单价高达 1.1 亿美元，其中包括付给美方的各种专利授权费用。
2002 年，在 F-2 的使用中发现 J/APG-1 主动相控阵雷有严重缺陷：在对远距离目标进行多目标追踪时，雷达显示屏上的目标常会时隐时现，雷达厂商宣称该雷达在空空模式时搜索范围为 74 千米以上，空面模式时为 148~185 千米，但是实际测试时却发现其能有效跟踪目标的范围不超过 40 千米左右，研究发现可能是 F-2 的有源相控阵雷达和机头空速管存在干扰问题，目前这一问题尚没有完全解决。
J/APG-1 存在近视问题
改装与升级
JASDF 从 2004 财年起向美国购买 MK 82 JDAM 改装套件，同时开始对F-2进行升级以便兼容 JDAM。
测试 GBU-38 JDAM 的 XF-2A
2004 年 3 月 19 日，JASDF 三泽基地配备的 F-2 正式开始担任防空战备执勤，负责在有不明飞机侵犯日本领空时，紧急起飞实施拦截。2004 年 7 月，USAF 与 JASDF 在美驻日本三泽空军基地共同进行模拟对抗训练，F-2 在训练中崭露头角，表现非凡。在这次训练中，美驻日空军第 35 战斗机联队第 13 中队的 F-16 与 F-2 共同进行了飞行训练。此次训练也是 F-2 的首次实战演练，驻日美军司令瓦斯特将军对日本新型的 F-2 给予了高度评价。
2005 年，JASDF 完成了为 F-2A/B 集成新型 AAM-4（99 式）超视距空空导弹，同时为 F-2A/B 集成 AAM-5 近程红外制导空空导弹，及相配的头盔瞄准。当年日本完成了对 AAM-4 导弹的多项改进进行了试验，包括增加射程、可对付多个目标的能力，以及对制导与控制系统部件进行改进。AAM-4 导弹的主动雷达导引头也进行了改进，采用了改进的相控阵天线，并提高了发射功率。
挂载 4 枚 AAM-4 和 4 枚 AAM-3 的 F-2A 93-8550AAM-5 空空导弹AAM-5 的燃气舵
2006 年 10 月，F-2 试射了ASM-3 隐身远程空射反舰导弹（ASM）。该导弹采用双冲压式喷气发动机。试验获得成功。ASM-3 的研制工作始于 2000 年，并计划在 2010~2015 年投入使用，该导弹具备主、被动雷达制导和红外制导能力。ASM-3 是日本自主武器研制项目的一部分。
ASM-3 隐身远程空射反舰导弹
2007 年 6 月 16 日至 22 日，美日“对抗北”年度联合演习在关岛安德森空军基地举行。与往年不同的是，今年的演习创下了两项纪录：F-2 首度跨越国境，日本实施二战结束以来首次境外实弹轰炸。参加本年度“对抗北”演习的 USAF 官兵约 380 人，12 架 F-16。JASDF 方面则抽调 228 名精锐官兵、2 架升级版的 E-2C 空中预警机、8 架 F-2 和数量不明的空中加油机参演。日本战斗机和预警机组成一个庞大的作战编队远程飞赴关岛，途中进行空中加油和双机、3 机以及多机编队的“热身”操演。
飞抵关岛的 F-2A 2007 年 10 月，一架 F-2B 在一次试验飞行中起飞后坠毁，飞机在地面滑行后着火，2 名机组成员受伤。
坠毁的 F-2B 43-8126
2008 年 1 月 21 日，1 架 F-2 在日本三泽以东的海面上空的空对空训练中操纵杆手柄脱落，飞行员紧靠 5 厘米长的残余部分恢复飞机控制安全降落。事后 JASDF 停飞了整个 F-2 机队。
2011 年 3 月 11 日，日本本州岛附近海域发生里氏 8.9 级地震，震中位于宫城县以东太平洋海域，位于地震灾区宫城县松岛基地的 18 架 F-2B 被海水淹没。在遭受海啸袭击后，28 架战斗机全部进水，部分战斗机被冲撞到机库的墙壁上，受损十分严重，携带的导弹也丢落海啸中。这些 F-2B 隶属第 21 训练航空队。防卫厅先后完成其中六架战机的整修，但是发现维修费用比购买新战机还要贵，因此决定放弃对剩下的 12 架战机继续进行修理，准备解体处理。JASDF 将从被水淹过的机体上挑选可用零件，松岛重新制定 F-2 飞行员培训计划。
松岛基地被海水浸泡的 F-2B 23-8114
2011 年 9 月 27 日三菱重工结束了 F-2 的生产，并将最后一架战机交付防卫厅，一直负责该机生产的三菱重工小牧南工厂当天举行了纪念仪式。包括样原型机在内共三菱交付了 98 架 F-2。
最后一架 F-2 的交付仪式
JASDF 以下部队装备了 F-2：
•三泽基地：第 3 航空团 第 3 飞行队、第 8 飞行队
•筑城基地：第 8 航空团 第 6 飞行队
•松岛基地：第 4 航空团 第 21 飞行队
•岐阜基地：飞行开发实验团（XF-2）
•浜松基地：第 1 术科学校（实习用教具）
2012 年 2 月底，日本防卫厅对外公布了一项 F-2 的升级计划，为该机装备 AAM-4B 型中距空空导弹，以及换装 J/APG-2 型雷达，整个升级计划预计耗资超过 36 亿美元。AAM-4B 导弹的研制工作开始于 2001 年，当时提出的目标是其射程要比已经服役的 AAM-4 导弹至少提高 20%，与美国的 AIM-120B+ 相当；导弹采用自主引导模式时，射程要超过上面两种导弹 40%。但是在后来的研制过程中，JASDF 提高了对新导弹的要求，三菱重工也趁机提出为该导弹装备有源相控阵雷达（AESA）导引头，这也使 AAM-4B 成为世界上第一种配备该型导引头的空空导弹。AAM-4B 导弹的 AESA 导引头采用日本国内研制的 T-R 模块，具有更远的探测距离和更高的灵敏度，导弹性能达到雷声公司最新的 AIM-120C-7 的水平。
AAM-4B 使用了 AESA 导引头 三菱重工在研制 AAM-4B 的过程中，发现 J/APG-1 雷达无法发挥新导弹的全部作战潜力，因而提出建议为 F-2 换装新雷达。2004 年，日本政府批准了为 F-2 换装雷达的计划。
F-2 目前装备的 J/APG-1 雷达是世界上第一种投入服役的战斗机机载有源相控阵雷达，完全由日本国内独立研制生产，J/APG-2 雷达是在其基础上改进研制而来的。改进后的雷达在保留了原来的雷达天线的同时，提高了发射功率，配备了采用新算法、速度更快的新型信号处理器。据介绍，J/APG-2 雷达的整体性能与美国雷声公司研制的 APG-79 有源相控阵雷达相当，后者主要装备美国海军 F/A-18E/F“超级大黄蜂”舰载机。