F-106 ble oppgradert progressivt i tjeneste, med forbedret elektronikk – et infrarødt søke- og sporesystem, bedre instrumenter og nye elementer, slik som utstyr til påfyll av drivstoff i luften og krok for nødlandinger. Noen F-106A ble oppgradert i i 1972, og ble påmontert et nytt cockpitvindu uten metallbåndene på toppen, noe som utvidet pilotens synsfelt betraktelig. De fikk også et optisk våpensikte og mulighet for en enkel 20 mm M61 Vulcan-gatlingkanon, med 650 runder ammunisjon plassert i det interne våpenrommet, som erstatning for AIR-2.