▲美军数量庞大的KC-135加油机机群

美国空军从各航空公司得到了大量退役的波音707飞机，他们将这些飞机上有用的部件拆下来对KC-135进行改装，其中包括用单台推力为8165公斤的JT3D涡轮风扇发动机，来代替老式的推力只有6237公斤的J57－P－59W涡轮风扇发动机，换装更大的尾翼，更换发动机挂架和整流罩等。与此同时，KC-135安装了新的制动器及防打滑系统。在全部工作完成以后，约有130架经改装的飞机被重新命名为KC-135E。1984年7月，在堪萨斯州的一个美空军基地，KC-135R正式被编入战略空军第384空中加油机联队。该机换装了CM562B1涡扇发动机。两架KC-135R能完成原来需要3架KC-135A才能完成的空中加油任务。KC-135飞机之所以能服役这么多年，是与它长期的不断改进分不开的。因为经过对气动、电子、控制等系统的改进，提高了它的性能，如它的安全性更高，起飞距离更短，航程更远等。此后，法国空军也要求波音公司对它所拥有的11架C-135F飞机按KC-135R的标准进行了改装。