F-105B имел более длинный и узкий нос фюзеляжа из-за установки радиопрозрачного обтекателя антенны радиолокационного дальномера Е-34. Носовая опора шасси убиралась в нишу поворотом вперед. «Тандерчиф» с серийным номером 57-5783 прежде чем попасть в авиационной музей эксплуатировался в авиации Национальной гвардии штата Нью-Джерси.

Фонарь кабины F-105B не менялся на самолетах последующих модификаций. Подвижный сегмент откидывается вверхназад, лобовой козырек образован тремя панелями. На борту фюзеляжа ниже козырька фонаря кабины установлен приемник воздушного давления.

По левому борту в носовой части фюзеляжа F-105В установлена 20-мм шестиствольная пушка М61А1 «Вулкан». Дульные срезы пушки находятся непосредственно за радиопрозрачный обтекателем антенны. Носовая часть для удобства технического обслуживания откидывается на петлях влево. Расположение пушки оставалось неизменным на всех последующих вариантах «Тандерчифа», но на F-105D/F/G срезы стволов оказались дальше от обтекателя из-за более длинных носовых частей этих самолетов.

В начале 1964 г. девять «Тандерчифов» (F-105B с серийными номерами 57- 782, 57-787, 57-5790, 57-5793, 57-5793, 57- 5797, 57-5798, 57-5801, 57-5802 и 57-5814) получила демонстрационная пилотажная эскадрилья «Тандербердз» ВВС США, эскадрилья дислоцировалась на авиабазе Неллис. Специфика полетов в плотном строю на малых высотах потребовала специальной доработки машин. Групповой пилотаж — это всегда зрелище, шоу. Боевые истребители-бомбардировщики оборудовались пластиковыми радиопрозрачными конусами, к которым плохо приставала краска, а самолеты группы «Тандербердз» отличались броской окраской. Поэтому на пилотажных «Тандерчифах» пластиковые конусы заменили металлическими. Дымы — также непременный атрибут показательных полетов, мощное дымообразование получалось за счет впрыска дизельного масла в выхлопную струю раскаленных газов двигателя; баки с маслом монтировались в отсеке для боекомплекта к пушке. Естественно, все самолеты получили «фирменную» окраску пилотажной группы. Тяжелые и в общем-то маломаневренные «Тандерджеты» продержались в пилотажниках всего несколько месяцев. Один самолет (серийный номер 57-5801) разбился 9 мая 1964 г. во время показательных выступлений на авиабазе Гамильтоне. Капитан Юджин Дж. Девлин в составе шестерки шел левым крайним одной из троек. При наборе высоты в углом тангажа, близким 90 град, на скорости порядка 500 км/ч сорвался в неуправляемое падение. Девлин погиб.

Первая половина 1964 г. вообще выдалась богатой на летные происшествия с «Тандерчифами», командование ВВС дважды приостанавливало полеты всех истребителей-бомбардировщиков F-105. Через четыре дня после гибели Девлина, 13 мая, у F-105D на взлете с авиабазы Неллис отказал двигатель. Самолет рухнул на предместье Лас-Вегаса. Летчики — четыре человека, некстати оказавшиеся на месте падения, погибли. В тот же день в 230 милях от Окинавы разбился еще один F-105D. Пилот успел катапультироваться и был спасен кораблем ВМС США. 1 июня юго-западнее авиабазы Макконнелл разбился очередной «Тандерчиф», летчик капитан Билли Спэрск удачно катапультировался. После этого случая полеты были приостановлены в первый раз. Весь парк «Тандерчифов» подвергся тщательной инспекции, которая, однако, не помогла. Катастрофы и летные происшествия продолжались. На этом фоне странно звучит фраза из рекламной статьи в журнале «Авиэйшн Уик» за декабрь 1959 г.: «Более 100 летчиков налетали на самолете F-105 более 4000 ч без единого отказа двигателя».

Доверия к самолету среди пилотов группы «Тандербердз» не было — эскадрилья получила «Супер Сейбры» (на «Супер Сейбрах» пилотажники летали до получения самолетов F-105B). Восемь экс-пилотажных «Тандерчифов» после приведения в «боевой» вид поступили на вооружение 108-го тактического истребительного авиакрыла.

Все серийные самолеты F-105 вооружались 20-мм шестиствольными пушками М61А1 «Вулкан». Скорострельность пушки — 6000 выстрелов в минуту. В боекомплект входили фугасно-зажигательные, бронебойные и практические снаряды.

Приборная доска истребителя-бомбардировщика F-105B. Основный тип прибора — традиционный «будильник» с круглой шка. юй. Интерьер кабины окрашен в серый цвет (FS- 36231), приборная доска — черная (FS-36231).

Модификация F-105C представляла собой двухместный учебно-тренировочный самолет с размещением членов экипажа тандемом под единым фонарем кабины. Был построен лишь макет F-105C, военные посчитали машину чрезмерно дорогостоящей для использования в качестве учебно-тренировочного самолета.

В мае 1957 г. ВВС предложили фирме Рипаблик разработать на основе базовой дневной модели круглосуточный и всепогодный истребитель-бомбардировщик, для чего требовалось заменить систему управления огнем МА-8, которой оснащались самолеты F-105B, более совершенной системой AN/ASG-19. Прототип всепогодного F-105D (серийный номер 58-1146) совершил первый полет 9 июня 1959 г. Внешне F-105D отличался от F-105В увеличенной на 15 дюймов длиной носовой части фюзеляжа и смонтированном на кончике обтекателя РЛС приемника воздушного давления. Фактически F-105D представлял собой одну из первых комплексных боевых авиационных систем. Летчика удалось в значительной степени разгрузить от решения навигационных задач и пилотирования самолета, сконцентрировав его внимание на оценке ситуации и принятии решений.

Модификация F-105D стала самой массовой в семействе «Тандерчифов»: всего на вооружение тактического авиационного командования ВВС США поступило не менее 610 самолетов варианта «D». Вообще-то ВВС планировали закупить более 1500 самолетов для вооружения 14 авиакрыльев.

Первым получила F-105D в мае 1960 г. 335-я тактическая истребительная эскадрилья из 4-го тактического истребительного авиакрыла. На торжественной передаче первого истребителя-бомбардировщика присутствовал командующий ТАК ВВС США генерал О. П. Уэйлэнд. В этом подразделении новая модель «Тандерчифа» проходила войсковые испытания. На время испытаний эскадрилью перебросили на авиабазу Неллис. Затем F-105D поступили в 4520-е авиакрыло боевой подготовки, которое дислоцировалось на авиабазе Неллис. 4-е авиакрыло стало первым, полностью укомплектованным истребителями-бомбардировщиками F-105D: вслед 335-й эскадрильей всепогодные «Тады» получили 333-я, 334-я и 336- я эскадрильи.