Pierwsze testy prototypowych egzemplarzy XAIM-54A rozpoczęto w 1965 roku, a pierwsze skuteczne naprowadzenie i trafienie w cel zanotowano we wrześniu 1966. W czasie, gdy testowano pocisk, program myśliwca F-111B został anulowany, a w zamian wprowadzono nową, mającą pełnić służbę jako samolot przewagi powietrznej i ochrony floty, maszynę F-14 Tomcat. Naturalną koleją rzeczy zarówno pocisk, jak i system kierowania ogniem zaimplementowano w nowym myśliwcu. Pierwsze dostawy pocisków AIM-54A rozpoczęły się w 1973, a wprowadzenie do uzbrojenia w 1974, wyposażając w nie pierwszą eskadrę VF-1 myśliwców F-14.
Wersje pocisków AIM-54 Phoenix AIM-54A Pierwsza wersja produkcyjna pocisku wprowadzona do uzbrojenia w 1974 roku. Jedynym samolotem zdolnym do przenoszenia tych pocisków był myśliwiec F-14, który mógł być uzbrojony w sześć pocisków. System kierowania ogniem mógł śledzić jednocześnie 24 cele powietrzne znajdujące się w odległości do 240 km (130 mil morskich). Napęd pocisku stanowił jeden z dwóch typów silników rakietowych na paliwo stałe, Rocketdyne Mk 47 lub Aerojet Mk 60, które rozpędzały pocisk do prędkości przekraczającej 4 Ma.