В ходе войны командование союзников нуждалось главным образом в дальних разведчиках. Самолеты специальной постройки для ведения дальней разведки в USAAF отсутствовали, поэтому в вариант разведчика стали переоборудовать тяжелые четырехмоторные бомбардировщики В-17 и В-24. Хотя эти машины и обладали большой дальностью полета, но были сравнительно тихоходными и в случае перехвата истребителями противника, как правило, уничтожались. Не спасало их ни мощное стрелковое вооружение, ни большая высота полета. ВВС срочно требовались дальние скоростные самолеты-разведчики, относительно мало уязвимые для средств ПВО противника. В 1941 г. на такую роль подходил только Р-38.

Получив задание, Кларенс Джонсон выделил для переоборудования две машины из строившейся серии Р-38Е. Способ модернизации был довольно простым: демонтировали стрелково-пушечное вооружение и на его месте в носовой части центральной гондолы установили два аэрофотоаппарата (АФА) типа К-17 с фокусным расстоянием 610 мм, предназначенные для плановой съемки. Заметим, что первый разведывательный "Лайтнинг" был изготовлен еще до вступления Соединенных Штатов в войну. В декабре 1941 г. его направили для оценки в испытательный центр Райт Филд. Еще до конца года был построен второй экземпляр машины, получивший официальное обозначение F-4-1-LO.

Серийное производство этих разведчиков развернулось в 1942 г. Большая часть самолетов выпускалась невооруженной, но на нескольких машинах оставили пару верхних 12,7-мм пулеметов. Порты пулеметов и пушки, а также отверстия для выбрасывания стреляных гильз и звеньев зашивались металлическими заплатами. В отлитие от Р-38Е приемник воздушного давления был перенесен под крыло (раньше, чем на P-38F). На некоторых машинах под носовой частью центральной гондолы монтировали обычную жесткую, а на других - гибкую антенну над отсеком фотооборудования.

Разведывательные "Лантнинги" первыми получили подвесные топливные баки, что позволило существенно увеличить их радиус действия. Практически все они прошли переоборудование в далласском центре модификаций в штате Техас. Внимание, уделявшееся постройке разведчиков, легко проиллюстрировать цифрами. Если за весь 1941 г. из 207 построенных "Лайтнингов" всех модификаций только два были разведчиками, то в январе 1942 г. на 84 истребителя Р-38Е приходились уже 32 машины F-4-1-LO.

В боевой обстановке фоторазведчик "Лайтнинг" впервые был применен в апреле 1942 г., а уже 7 мая самолет из 8 PRS (Photo-Reconnaissance Squadron -фоторазведывательная эскадрилья) выполнил фотографирование гавани Порт-Морсби, что послужило завязкой для битвы в Коралловом море. Серия F-4-1-LO состояла из 99 машин.

Следующий вариант фоторазведчика F-4A был разработан на основе истребителя P-38F. От предыдущей версии он отличался измененной фотоустановкой: к двум плановым аппаратам К-17 добавили еще два перспективных (по одному на каждый борт) с фокусным расстоянием 152 мм. В бортах центральной гондолы появились два небольших прямоугольных иллюминатора, мачта антенны устанавливалась над первой плановой фотокамерой. Самолеты этой и более поздних серий не имели вырезов под стволы оружия, так как с самого начала строились как разведчики. Всего было выпущено 20 экземпляров F-4A. В конце 1942 г. самолеты F-4-1-LO были переоборудованы по типу F-4A с установкой двух перспективных фотокамер К-17.