F-105 (戦闘機)
一方、リパブリック社では、F-84Fの開発と量産遅延に忙殺されており、その影響でF-105の開発にも遅延が生じるようになっていたため、1953年末にアメリカ空軍と再調整を行い、1954年2月になって新たにF-105A 2機とF-105B 10機、RF-105 3機の計15機の試作機が発注された。なお開発遅延に伴い、元来は別目的の機体であったF-100・F-101両戦闘機が、戦闘爆撃機として採用・運用されている。
試作機YF-105A初号機は1955年10月22日にエドワーズ空軍基地で初飛行し、エリアルールなどの新コンセプトを取り入れていないにも関わらずマッハ1.02を記録した。ただ、YF-105A初号機は同年12月16日の試験飛行中に降着装置の故障で胴体着陸し、修理のためリパブリック社の工場へ戻されたが、1956年1月28日にYF-105A 2号機が初飛行し、試験飛行は継続された。F-105の開発遅延は1956年になっても改善される兆しを見せないものの、同年5月26日にはP&W製J75-P-3エンジンを搭載し、エリアルールを適用した胴体と楔形のエアインテークを備えたYF-105B初号機が初飛行し、マッハ2の高速に達したが、降着装置の故障で胴体着陸を余儀なくされ、またしても開発遅延の原因となってしまった。なお、同年6月になってアメリカ空軍はF-105へ、リパブリック社から提案のあった「サンダーチーフ」の愛称を承認。1957年度予算にはF-105B 65機、RF-105B 17機分の総額1000万ドルを盛り込んでいる。
F-105Dは、エンジンをP&W製J75-P-19Wに換装し、AN/ASG-19サンダースティック火器管制装置、NASARR R-14A多目的モノパルス・レーダー・システムとドップラー・レーダーを搭載した全天候型戦闘爆撃機で、1960年5月から第4戦術戦闘航空団への引渡しが開始され、1961年3月からはネリス空軍基地で編成された第4520戦闘乗員訓練航空団での乗員養成が開始された。
間もなく海外展開部隊への配備も進められ、最初に受領したのは西ドイツのビットブルク空軍基地(英語版)に展開する第36戦術戦闘航空団(英語版)で、1962年にはシュパンダーレム空軍基地(英語版)の第49戦術戦闘航空団(英語版)、同年10月に嘉手納基地の第18戦術戦闘航空団(英語版)、1963年5月に板付基地の第8戦術戦闘航空団(英語版)がそれぞれF-100D/F スーパーセイバーから機種転換している。F-105は高性能な単座機だったため、当初からパイロット訓練用に複座型の開発が必要視されていた。このためF-105CやF-105Eなどの複座モデルが計画されたが開発経費の高騰などで実現せず、結局、F-105Dを複座化したF-105Fが開発された。F-105F初号機は1963年6月11日に初飛行し、1964年末までに143機が生産された。