В конце 1950-х годов "Геркулесом" заинтересовались представители ВМС США. Летом 1957 г. флот "выпросил" два С-130В для исследования их возможностей в качестве воздушных заправщиков самолетов Корпуса морской пехоты. "Локхид" соответствующим образом доработала эти машины. В грузовом отсеке каждой установили топливный бак емкостью 13620 л, из которого топливо подавалось на два заправочных агрегата системы "шланг-конус", подвешенных под крылом.
Предусматривалась одновременная заправка двух самолетов типа истребитель. Стыковка происходила на скоростях до 570 км/ч, что позволяло заправлять любой тип реактивных самолетов морской авиации. Заправщик мог отлететь от своей базы на 1600 км и передать более 14000 л топлива.
В 1959 г. ВМС заказали 46 самолетов под обозначением GV-1, которое в 1962 г. изменили на KC-130F. Первый экземпляр танкера поднялся в воздух 28 февраля 1960 г. Первые 11 серийных заправщиков поступили на вооружение эскадрильи VMGR-352 в Эль Торо, шт. Калифорния. Поставки закончились в ноябре 1962 г.
Для выполнения исключительно транспортных задач ВМС закупили 7 "Геркулесов" без топливозаправочного оборудования. Сначала они несли обозначение R8V, затем — GV-1U, а после 1962 г. — C-130F.
В то время авиация флота испытывала острый недостаток в транспортных палубных самолетах. Находившиеся на вооружении устаревшие TF-1 Trader уже не соответствовали требованиям времени. Например, двигатели некоторых палубных самолетов, базировавшихся на тяжелых авианосцах типа "Форрестол"(USS Forrrestall), просто не помещались целиком в небольшой грузовой отсек TF-1, поэтому их приходилось разбирать.
Трудно сказать, кому пришла в голову на первый взгляд фантастическая идея попробовать "Геркулес" в качестве палубного "транспортника". Но это тот редкий случай, когда фантастика воплотилась в реальность. Для пробных полетов выбрали один KC-130F (зав. № 149798), который 8 октября 1963 г. перегнали на авиабазу Патаксент Ривер в Морской испытательный центр. Командиром экипажа назначили опытного летчика к-на Джеймса Флейтли (James Н. Flatley). Выбор заправочной модификации был обусловлен простотой изменения взлетной и посадочной массы машины, благодаря наличию в грузовом отсеке большого бака.
Высокие взлетно-посадочные характеристики "Геркулеса" позволили не вносить существенные изменения в его конструкцию. Длина разбега при взлетной массе 45,5 т не превышала 460 м, а пробега — 305 м. Задерживающим крюком машину не оборудовали. Первые полеты прошли с нарисованного на земле "авианосца". После того, как экипаж обрел уверенность в возможностях "Геркулеса", приступили к имитациям посадки на реальный корабль.
В ветреный октябрьский день KC-130F взял курс в открытое море, где в 810 км от Бостона его ожидал авианосец "Форрестол". С летной палубы убрали все самолеты и технический персонал. Корабль развернулся против ветра, и "Геркулес" начал снижение. Сразу после касания палубы колесами основного шасси летчики дали газ и ушли на второй круг. Такие пробы продолжались несколько дней. Всего совершили 29 имитаций посадок. Наконец, 22 октября состоялась первая настоящая посадка KC-130F на авианосец. Полетная масса самолета составляла 38550 кг. Непосредственно перед касанием палубы был включен реверс винтов. Взлет прошел тоже успешно.
В дальнейшем "Геркулес" совершил 21 посадку на палубу и столько же взлетов с нее. Пороховые ускорители не использовались ни разу. Полетную массу самолета постепенно довели до 54430 кг. Однако анализ результатов испытаний показал, что регулярная эксплуатация такого самолета с палубы невозможна, в частности, из-за непостоянной силы ветра и недостаточной площади палубы. Оказавшись на корабле, КС-130F не смог бы взлететь в безветренную погоду, а боеспособность авианосца была бы потеряна, ведь "Геркулес" загораживал подход к двум носовым катапультам. В распоряжении боевых самолетов оставалась только косая посадочная палуба с одной катапультой. Экспериментальные полеты прекратили 30 октября 1963 г.
Успешная эксплуатация C-130D в суровых северных условиях настолько понравилась морякам,что они заказали 6 самолетов специально для работы в Антарктиде. Эти машины, созданные на базе C-130F, получили на фирме обозначение C-130BL, а у военных сначала UV-1L, а после 1962 г. — LC-130F. Все они входили в состав исследовательской эскадрильи VXE-6, которая действовала в Антарктиде с 1955 г., с момента начала операции Deep Freeze (с англ. — глубокая заморозка). Ее целями были картографирование и исследование континента, а также транспортное обеспечение антарктических станций.