Para crear un Skyhawk de dos plazas, Douglas construyó un tapón de 28 pulgadas en el A-4E entre la cabina normal y el depósito de combustible del fuselaje, que se redujo un poco en tamaño para acomodar el cambio. El motor turborreactor J52-P8A/P8B de Pratt & Whitney impulsaba el TA-4F. El avión también estaba equipado con dirección en la rueda de nariz, alerones para mejorar la elevación y un par de asientos eyectables Escapac 1C-3. Los TA-4F comenzaron a prestar servicio con los VA-125 Rough Raiders en NAS Lemoore, California, en 1966. Algunos de ellos fueron modificados con equipo de misión adicional y presionados en servicio como controladores aéreos de avance rápido del Cuerpo de Marines (FastFACs) en Vietnam.
Miles de estudiantes de aviación naval terminaron su formación volando en los entrenadores avanzados TA-4J Skyhawk. El TA-4J era esencialmente un TA-4F sin los sistemas de armamento o la capacidad de llevar una vaina de compañero para la capacidad de transferencia de combustible. El modelo J contaba con un motor J52-P6 menos robusto pero aún ágil. Los primeros TA-4J entraron en servicio con el Escuadrón de Entrenamiento DOS UNO (VT-21) Fighting Redhawks en NAS Kingsville en Texas durante 1969. Posteriormente, unos 100 de los TA-4F originales se modificaron para adaptarlos a las especificaciones del TA-4J, aunque muchos de estos aviones conservaron sus motores J52-P8A/P8B. Además de entrenar a estudiantes de aviación naval, tanto los TA-4J como los TA-4F volaron con muchas de las mismas unidades agresoras que los Skyhawks de un solo asiento.
23 TA-4F fueron reelaborados en la Naval Air Rework Facility (NARF) de Pensacola para el Cuerpo de Marines. Los Leathernecks necesitaban un avión FastFAC actualizado, y esta nueva configuración fue designada OA-4M. Los TA-4F fueron modificados con la aviónica y la mayoría de los equipos de misión que se encontraban en el A-4M. Originalmente, el OA-4M iba a ser propulsado por el P&W J52-P408, pero terminó siendo impulsado por el J52-P8A/P8B del TA-4F en su lugar. Los OA-4M de dos plazas eran jorobados y llevaban la sonda de reabastecimiento curvada que se vio por primera vez en el A-4F. Los OA-4M fueron operados principalmente por los escuadrones del Cuartel General y de Mantenimiento del Cuerpo de Marines (H&MS). Muchos fueron vendidos a otros gobiernos cuando las necesidades del Cuerpo de Marines cambiaron y ya no los necesitaban.
El TA-4J expuesto entró en servicio naval el 18 de mayo de 1972 con el VT-7 «Eagles» en NAS Meridian, MS, donde los estudiantes de aviación completaron su entrenamiento avanzado de jet. En julio de 1992 se encontraba en un vuelo de entrenamiento a campo traviesa saliendo de MCAS El Toro cuando se salió de la pista y se metió en un campo de fresas después de un despegue abortado. Se detuvo con el morro enterrado en el suelo unos 200 metros después del final de la pista Siete Izquierda. Los dos tripulantes, un estudiante y un piloto instructor, salieron ilesos del incidente. Sin embargo, se determinó que la aeronave estaba más allá de la reparación económica y se asignó al Museo de Aviación Flying Leatherneck, que en ese momento estaba en el MCAS El Toro. Este avión es un préstamo del Museo Nacional del Cuerpo de Marines y está pintado con los colores del H&MS-11 que voló el TA-4F como FastFAC en Vietnam.