包括美国在内的不少国家的空军购买了军用型波音707或对B707进行改装，主要用于军事运输、空中加油、电子作战、预警。由于这些军用型比较经典，在这里也对其进行进行简要介绍 E-3系列：（E-3 Sentry“望楼”），大型预警机，波音707数量最多的军用改型，外观上与民用型有很明显的区别，在机身中部上方安装了一个巨大的雷达天线罩，此外，机内加装了相关的大量电子设备，配备AWACS(Airborne Warning and Control System）机载预警与控制系统，能成为在作战战区中的指挥和通信中心，1977年开始投入使用。
E-6：(E-6 Mercury“水星”)，潜艇通信中继机。在海军中服役，配备TACAMO（Take Charge and Move Out）抗毁战略通信系统，音译“塔卡木”。用于在战争情况下，确保国家指挥当局有效的与海军舰艇的通信联络。
E-8：配备JSTARS“联合监视目标攻击雷达系统”(Joint Surveillance Target Attack Radar System)，能够进行实时的广阔区域监视和远程目标攻击指挥能力，以便提供战况进展和目标变化的迹象和警报。外形上的特点是在机身下装有一个12米长的雷达舱，即图中前机身下白色长形物体。1991年，尚在试验阶段的E-8即投入海湾战争进行实战检验。
C-137、C-18：军用运输型
VC-137专机型：美国还改装两架波音707飞机作为美国总统专机使用，于1972年12月正式开始在美国空军服役，（注册号62-6000、72-7000）
尼克松是第一位将其作为“空军一号”的美国总统。当地时间2001年8月29日宣布正式退役，随后，美国布什总统宣布该飞机被运往位于加州的里根总统图书馆作为展品供人们参观游览。
美国空军一号（VC-137B）
1972年，美国总统尼克松乘坐由波音707飞机改装的美国“空军一号”（注：美国空军把任何一架为总统服务的飞机都称为“空军一号”。）飞抵中国，从而一举打破中美敌对状态，中国开始认识到波音。同年，中国就订购了10架波音707飞机。1973年8月，中国技术人员结束了在西雅图的培训， 乘坐中国订购的第一架波音707飞机从波音公司机场起飞，到达上海。标志着波音飞机家族开始进入中国。 目前，仍有100余架民用型波音707在使用中，主要改装为货机使用，为了达到日益严格的噪音标准，在波音707飞机上一般都加装降低噪音设备，这种型号被定为Q707，也有部分波音707为了降低噪音更换使用JT8D发动机，并加装小翼改进性能。
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