F-15E принимали участие и в операциях стран НАТО на территории бывшей Югославии. 21 ноября 1994 г. они находились среди 39 самолетов различных типов, атаковавших авиабазу боснийских сербов в г. Удбине. F-15E сбросили несколько КАБ «Пейвуэй»III с лазерным наведением на прилегавшие к авиабазе участки скоростной автострады, которые могли служить запасными ВПП. По признанию «миротворцев», в целом, этот налет не удался: причиненный ущерб оказался незначительным, авиабаза и ее средства ПВО сохранили боеспособность. Через три дня 20 самолетов НАТО атаковали сербские ЗРК в районе г. Отока, при этом F-15E нанесли удар по позициям С-75 при помощи противорадиолокационных ракет AGM-88 HARM.
F-15C были наиболее мощными истребителями НАТО, принимавшими участие в боевых действиях на Балканах в 1999 г. На них возлагалось, в частности, эскортирование бомбардировщиков стратегической авиации США, а также обеспечение ПВО в зоне боевых действий. Один из первых результативных воздушных боев с участием «Иглов» произошел вечером 26 марта над северо-востоком Боснии, когда пара F-15C из 48-го ИАЮР по командам с борта самолета ДРЛО Е-3 «Сентри» была наведена на группу сербских самолетов, углубившуюся на 8 км в боснийское воздушное пространство. Американское командование объявило тогда об уничтожении двух МиГ-29, один из которых «упал на территорию Боснии, однако сербскому летчику удалось катапультироваться и скрыться от преследования». В свою очередь, югославы сообщили о том, что они сбили два F-15 и сами «боевых потерь не понесли».
Некоторую ясность внесли кадры телевизионной хроники: сначала западные телекомпании показали обломки «сербского» самолета, которые удалось заснять уже поздно ночью. Однако при ближайшем рассмотрении на одном из относительно хорошо сохранившихся участков обшивки якобы «МиГа» были обнаружены трафареты на английском языке, что однозначно свидетельствовало о НАТОвском происхождении сбитой машины. Несколько позже, уже под утро, удалось предъявить прессе другие обломки, в которых однозначно угадывался МиГ-29. «Распластанный» на земле самолет сохранился относительно хорошо, даже ракеты Р-27Р1 остались на узлах внешней подвески. Приблизительно в то же время по ведущим телеканалам мира прошли кадры хроники: подбитый F-15 из последних сил «тянет» под прикрытием другого истребителя над Адриатикой, оставляя за собой белый шлейф.
F-15E в этой кампании был одним из основных ударных самолетов союзников. По сравнению с F-16C машина несла значительно более внушительную боевую нагрузку, имела несколько больший радиус действия в ударном варианте (порядка 1100-1200 км за счет конформных баков) и могла нести крупногабаритные боеприпасы, в частности, проникающие КАБ GBU- 28 калибром 2100 кг, используемые, в основном, для разрушения сильно крепленных сооружений (в частности, укрытий для авиационной техники). «Страйк Игл» явился и единственным в ВВС США носителем тактической крылатой ракеты AGM-130, а также управляемой авиабомбы GBU-15. Самолеты этого типа широко привлекали для подавления средств ПВО югославов, используя для этого противорадиолокационные ракеты AGM-88 НАШ. Однако эффективность этого оружия оказалась на деле весьма сомнительной. Как заявил один из высокопоставленных представителей МО США спустя несколько лет после окончания войны на Балканах, «мы. выпустили в Косово 800 ракет HARM стоимостью 200-300 тыс. USD каждая, а поразили при этом только одну зенитную ракетную установку».
Официальная информация о потерях F-15E (как со стороны НАТО, так и со стороны сербов) отсутствует. Однако из трех сбитых и двух поврежденных самолетов типа F-15, возможно, есть и F-15E.