Republic Aviationเริ่มดำเนินการเกี่ยวกับสิ่งที่ต่อมาจะกลายเป็น Thunderchief ในปี 1951 ^{[ 4 ]}มันถูกมองว่าเป็นโครงการภายในเพื่อผลิตเครื่องบินทดแทนRF-84F Thunderflashซึ่งใช้ช่องรับอากาศที่โคนปีกที่เป็นเอกลักษณ์เพื่อสร้างพื้นที่สำหรับกล้องในส่วนหัว ทีมออกแบบที่นำโดยAlexander Kartveliได้ตรวจสอบการกำหนดค่าประมาณ 108 แบบก่อนที่จะตัดสินใจเลือกAP-63FBX (Advanced Project 63 Fighter Bomber, Experimental) เครื่องยนต์เดี่ยวขนาดใหญ่ โดยเฉพาะ AP-63-31 ^{[ 4 ]}เครื่องบินใหม่นี้มีจุดประสงค์หลักเพื่อการเจาะทะลวงระดับความสูงต่ำด้วยความเร็วเหนือเสียงเพื่อส่งมอบระเบิดนิวเคลียร์ที่บรรทุกไว้ภายในเพียงลูกเดียว เน้นที่ความเร็วและลักษณะการบินที่ระดับความสูงต่ำ ระยะทำการ และน้ำหนักบรรทุก เครื่องบินจะติดตั้งเครื่องยนต์ขนาดใหญ่และปีกขนาดค่อนข้างเล็กที่มีภาระปีก สูง เพื่อการบินที่มั่นคงที่ระดับความสูงต่ำและแรงต้านน้อยลงที่ความเร็วเหนือเสียง^{[ 5 ]}คุณลักษณะของเครื่องบินรบแบบดั้งเดิม เช่น ความคล่องตัว เป็นสิ่งที่พิจารณาในลำดับรอง^{[ 6 ]}

ในเดือนเมษายน พ.ศ. 2495 Republic ได้ยื่นข้อเสนอของผู้รับเหมา ซึ่งมีคุณสมบัติหลายอย่างที่กองทัพอากาศสหรัฐ (USAF) ต้องการให้ RF-84F ติดตั้งหากเป็นไปได้ทางเทคนิค หนึ่งเดือนต่อมา กองทัพอากาศได้อนุมัติการพัฒนาข้อเสนอนี้มากกว่าการพัฒนา RF-84F ต่อไป^{[ 4 ]} USAF ได้ออกสัญญาเบื้องต้นให้กับ Republic อย่างรวดเร็ว ครอบคลุมด้านวิศวกรรมก่อนการผลิต การผลิตเครื่องมือ ตลอดจนการผลิตเครื่องบิน 199 ลำ โดยลำแรกจะต้องพร้อมใช้งานภายในปี พ.ศ. 2498 ^{[ 7 ]}อย่างไรก็ตาม ภายในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2496 USAF ได้ลดคำสั่งซื้อเหลือเครื่องบินขับไล่ทิ้งระเบิด 37 ลำ และเครื่องบินลาดตระเวนทางยุทธวิธี 9 ลำ โดยอ้างถึงการสิ้นสุดของสงครามเกาหลี ที่ใกล้เข้ามา ในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2496 แบบจำลอง F-105 ได้รับการตรวจสอบ และไม่มีการแนะนำการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญใดๆ^{[ 4 ]}ณ จุดนี้ เครื่องบินมีขนาดใหญ่ขึ้นมากจนต้องยกเลิกเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทAllison J71 ที่ตั้งใจจะใช้กับเครื่องบินลำนี้ และหันมาใช้เครื่องยนต์ Pratt & Whitney J75 ที่ทรงพลังกว่าแทน เนื่องจากคาดการณ์ว่าการพัฒนาเครื่องยนต์จะใช้เวลานาน จึงคาดว่าเครื่องบินลำแรกจะใช้เครื่องยนต์Pratt & Whitney J57 ที่มีขนาดเล็กกว่า ในช่วงปลายปี 1953 โครงการทั้งหมดถูกระงับโดยกองทัพอากาศสหรัฐฯ เนื่องจากความล่าช้าและความไม่แน่นอนหลายประการเกี่ยวกับเครื่องบิน^{[ 4 ]}อย่างไรก็ตาม ในวันที่ 28 มิถุนายน 1954 กองทัพอากาศสหรัฐฯ ได้สั่งซื้อ F-105 จำนวน 15 ลำอย่างเป็นทางการ (YF-105A สองลำ, YF-105B สี่ลำ, F-105B หกลำ และ RF-105B สามลำ) ภายใต้รหัสระบบอาวุธWS -306A ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}

เมื่อวันที่ 22 ตุลาคม พ.ศ. 2498 เครื่องบินต้นแบบ YF-105A ได้ทำการบินครั้งแรกหลังจากบินได้ 22 ชั่วโมง เครื่องบินต้นแบบถูกส่งกลับไปยังโรงงานเพื่อซ่อมแซมหลังจากได้รับความเสียหายอย่างหนัก^{[ 11 ]}เครื่องบิน YF-105A ลำที่สองทำการบินครั้งแรกเมื่อวันที่ 28 มกราคม พ.ศ. 2499 ^{[ 9 ]}แม้ว่าจะใช้เครื่องยนต์ J57-P-25 ที่มีกำลังน้อยกว่า โดยมี แรงขับ หลังการเผา ไหม้ 15,000 ปอนด์-แรง(67 กิโลนิวตัน)แต่เครื่องบินต้นแบบลำแรกก็สามารถทำความเร็วได้ถึง Mach 1.2 ในการบินครั้งแรก (คาดว่าเครื่องยนต์ J75 จะสร้างแรงขับได้24,500 ปอนด์-แรง (109 กิโลนิวตัน)เมื่อใช้ระบบเผาไหม้หลังการเผาไหม้) ^{[ 12 ]}เครื่องบินทั้งสองลำมีช่องรับอากาศที่โคนปีกแบบดั้งเดิมและลำตัวด้านข้างแบน ซึ่งเป็นลักษณะทั่วไปของเครื่องบินเจ็ทรุ่นแรกๆ บริษัท Republic มองว่าเครื่องบินต้นแบบเหล่านี้ไม่ได้แสดงถึงความสามารถที่แท้จริงของเครื่องบิน เนื่องจากมีการเปลี่ยนแปลงหลายอย่างที่เกิดขึ้นก่อนการผลิต^{[ 13 ]}โดยเฉพาะอย่างยิ่ง กำลังที่ไม่เพียงพอและปัญหาด้านอากาศพลศาสตร์เกี่ยวกับแรงต้านในช่วงความเร็วเหนือเสียงรวมถึงประสบการณ์ของConvair กับ F-102 ของพวกเขา นำไปสู่การออกแบบลำตัวเครื่องบินใหม่เพื่อให้สอดคล้องกับกฎพื้นที่ทำให้มีลักษณะ "เอวคอด" อันเป็นเอกลักษณ์^{[ 14 ]}ช่องรับอากาศที่ได้รับการปรับปรุงใหม่ของ F-105 ได้รับการออกแบบด้วยรูปทรงกวาดไปข้างหน้าอันเป็นเอกลักษณ์ ซึ่งได้มาจากงานของAntonio Ferri เกี่ยวกับ เครื่องบินสกัดกั้นที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์แรมเจ็ตRepublic XF-103 ที่เสนอไว้ ^{[ 15 ]}เมื่อรวมกับช่องรับอากาศแบบปรับรูปทรงได้แบบกวาดไปข้างหน้าอันโดดเด่น ซึ่งควบคุมการไหลของอากาศไปยังเครื่องยนต์ที่ความเร็วเหนือเสียง และเครื่องยนต์ J75 การออกแบบใหม่นี้ทำให้ F-105B สามารถทำความเร็วได้ถึง Mach 2.15 ^{[ 16 ] [ 17 ]}   

ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2499 กองทัพอากาศสหรัฐฯ ได้สั่งซื้อ F-105B เพิ่มอีก 65 ลำ และ RF-105B อีก 17 ลำ^{[ 11 ]}เพื่อดำเนินการภารกิจนิวเคลียร์ จึงได้มี การบูรณา การระบบควบคุมการยิง MA-8 เรดาร์ วัดระยะAN/APG-31และกล้อง เล็งปืน K-19 เพื่อให้สามารถ ทิ้งระเบิดแบบโยน ได้ ^{[ 18 ]}ในวันที่ 26 พฤษภาคม พ.ศ. 2499 เครื่องบิน YF-105B รุ่นก่อนการผลิตลำแรกได้ทำการบินครั้งแรก^{[ 11 ]}เครื่องบินฝึก F-105C จำนวน 5 ลำถูกเพิ่มเข้าไปในแผนการจัดซื้อในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2499 ก่อนที่จะถูกยกเลิกในช่วงปี พ.ศ. 2490 เครื่องบินลาดตระเวน RF-105 ถูกยกเลิกในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2499 ^{[ 19 ]}เครื่องบิน F-105B ลำแรกที่ผลิตได้ถูกส่งมอบให้กับกองทัพอากาศสหรัฐฯ เมื่อวันที่ 27 พฤษภาคม พ.ศ. 2490 ^{[ 20 ]}ในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2490 Republic Aviation ได้ขอให้ตั้งชื่อ F-105 ว่าThunderchiefโดยสืบเนื่องจากชื่อเครื่องบิน Thunder ของบริษัท ได้แก่P-47 Thunderbolt , F-84 Thunderjetและ F-84F Thunderstreak กองทัพอากาศสหรัฐฯ ได้ประกาศใช้ชื่อนี้อย่างเป็นทางการในอีกหนึ่งเดือนต่อมา^{[ 19 ]}

เพื่อตอบสนองความต้องการของกองทัพอากาศสหรัฐฯ สำหรับเครื่องบินโจมตีที่สามารถปฏิบัติการได้ในทุกสภาพอากาศ Republic จึงเสนอแบบ F-105D ในปี 1957 ^{[ 20 ]}รุ่นนี้มีจมูกและโดมเรดาร์ที่ขยายใหญ่ขึ้น ซึ่งเป็นที่ตั้งของระบบทิ้งระเบิด/นำทาง AN/ASG-19 Thunderstickระบบ AN/ASG-19 ได้รับการออกแบบโดยใช้ เรดาร์ Autonetics R-14A ซึ่งทำงานได้ทั้งในโหมดอากาศสู่อากาศและอากาศสู่พื้นดิน และเรดาร์นำทางแบบดอปเปลอร์ AN/APN-131 ในห้องนักบิน F-105D มีจอแสดงผลเครื่องมือแบบแถบแนวตั้งสำหรับการปฏิบัติการในสภาพอากาศเลวร้าย นอกจากนี้ยังเพิ่มความสามารถในการบรรทุกอาวุธนิวเคลียร์ TX-43ด้วย เนื่องจากมีการเปลี่ยนแปลงมากมายเหล่านี้ Republic จึงสังเกตเห็นถึงความยากลำบากในการใช้สายการผลิตเดียวกันกับที่ใช้สำหรับ F-105B เวลาในการผลิตจึงขยายจาก 144 วันเป็น 214 วัน^{[ 21 ]}

การพัฒนาโมเดลการลาดตระเวน RF-105 ได้เริ่มต้นใหม่อีกครั้งในช่วงปลายทศวรรษ 1950 โดยในช่วงแรกใช้พื้นฐานจาก F-105D ก่อนที่งานในโมเดลนี้จะถูกยกเลิกอย่างถาวรในวันที่ 23 ธันวาคม 1960 ^{[ 22 ]}ในวันที่ 18 มีนาคม 1959 เครื่องบินสองที่นั่ง F-105E ที่วางแผนไว้ก็ถูกยกเลิกเช่นกันเนื่องจากต้นทุนสูง และถูกแทนที่ด้วย F-105D เพิ่มเติมในอัตราส่วน 1 ต่อ 1 ^{[ 21 ]}ในวันที่ 9 มิถุนายน 1959 เครื่องบิน F-105D ลำแรกได้ทำการบินครั้งแรก^{[ 23 ]}การทดสอบการบินของ F-105D มีปัญหาค่อนข้างน้อยกว่า F-105B ที่ล้ำหน้าน้อยกว่า จนกระทั่งโมเดล D พร้อมใช้งานจริงได้เร็วกว่ารุ่นก่อนหน้า^{[ 24 ]}การทดสอบการบินประเภท II ในช่วงปลายปี 1959 ได้ระบุข้อบกพร่องที่สำคัญต่างๆ ของ F-105B โดยเฉพาะอย่างยิ่งระบบควบคุมการยิง MA-8 และระบบนักบินอัตโนมัติของรุ่นนี้^{[ 25 ]}แม้ว่าจะได้รับการแก้ไขสำเร็จในที่สุด แต่ก็ต้องใช้เวลาในการพัฒนาและใช้งานการดัดแปลงที่เหมาะสม ทำให้โครงการผลิตล่าช้าออกไปอีก เมื่อถึงต้นปี 1960 ไม่มี F-105B จำนวน 56 ลำที่ส่งมอบไปแล้วลำใดที่ถือว่าพร้อมใช้งาน^{[ 25 ]}

ในบางช่วงเวลา มีแผนดำเนินการจัดซื้อ F-105D มากกว่า 1,500 ลำ อย่างไรก็ตาม ตารางการผลิตยังคงล่าช้าออกไป ส่วนหนึ่งเนื่องจากการประท้วงหยุดงานของพนักงานของ Republic ซึ่งส่งผลกระทบต่อแผนการของกองทัพอากาศสหรัฐฯ สำหรับเครื่องบินรุ่นนี้^{[ 26 ]}การผลิต F-105 ได้รับผลกระทบอย่างมากจากการตัดสินใจของรัฐมนตรีว่าการกระทรวงกลาโหมโรเบิร์ต แม็คนามาราที่จะจัดหาเครื่องบินรุ่นนี้ให้กับฝูงบินรบไม่เกินเจ็ดฝูงบิน ในเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2504 การผลิตเครื่องบินรุ่นนี้ถูกลดลงเพื่อสนับสนุนให้กองทัพอากาศสหรัฐฯ นำเครื่องบิน F-4 Phantom II ของกองทัพเรือมาใช้แทน^{[ 27 ]}และในระยะยาวคือเครื่องบินF-111 Aardvark ของ General Dynamicsจากโครงการ TFX ^{[ 28 ]}แม้ว่าจะมีการพิจารณาถึงการเปิดการผลิต F-105 อีกครั้งในปี พ.ศ. 2510 แต่ในที่สุดความสนใจนี้ก็ไม่ได้เกิดขึ้นจริง^{[ 29 ]}

เครื่องบิน Thunderchief 143 ลำสุดท้ายที่ผลิตขึ้นเป็นรุ่นฝึกบินสองที่นั่ง F-105F ^{[ 30 ]}โดยอิงจาก F-105D รุ่นนี้มีความยาวเพิ่มขึ้น 31  นิ้ว (79  ซม.) เพื่อให้มีพื้นที่สำหรับห้องนักบินด้านหลัง มิฉะนั้นแล้ว เครื่องบินจะมีสมรรถนะการบินที่คล้ายคลึงกับ F-105D รุ่นก่อนหน้า^{[ 31 ] [ 32 ]}มีการผลิต F-105 ทั้งหมด 833 ลำก่อนที่จะยุติการผลิตในปี 1964 ^{[ 33 ]} F-105 ได้รับการออกแบบมาสำหรับการรณรงค์ทางนิวเคลียร์ระยะสั้น ซึ่งนำไปสู่ข้อบกพร่องที่เห็นได้ชัดในสงครามแบบดั้งเดิมที่ยืดเยื้อ เช่น การจัดวางระบบ ไฮดรอลิก ที่ไม่ดี และถังเชื้อเพลิงที่ไม่สามารถปิดผนึกตัวเองได้ [ ^{34 ] การ}อัพเกรดในภายหลังได้ปรับปรุงความน่าเชื่อถือและขีดความสามารถด้านอาวุธของ F-105D ที่มีอยู่ เพื่อตอบสนองต่อภัยคุกคามจากขีปนาวุธพื้นสู่อากาศที่เกิดขึ้นในน่านฟ้าเหนือเวียดนาม เครื่องบิน F-105F หลายสิบลำถูกดัดแปลงเป็นเครื่องบินต่อต้านเรดาร์ "Wild Weasel" ซึ่งพัฒนามาเป็น F-105G ในที่สุด^{[ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]}

F-105 เป็นเครื่องบินปีกกลางลำตัวแบบโมโนเพลนที่มีปีกและพื้นผิวหางที่ทำมุม 45° เครื่องยนต์เดี่ยวได้รับอากาศจากช่องรับอากาศสองช่องที่โคนปีก ทำให้ส่วนหัวว่างสำหรับเรดาร์แบบมัลติโหมด^{[ 38 ]}ลำตัวเครื่องบินมีพื้นที่สำหรับ เชื้อเพลิง 1,184 แกลลอนสหรัฐ(4,480 ลิตร)และช่องเก็บระเบิดภายใน ช่องเก็บระเบิดมีขนาด15 ฟุต 10 นิ้ว (4.83 เมตร) x 32 นิ้ว (0.81 เมตร) x 32 นิ้ว (0.81 เมตร)เดิมทีออกแบบมาเพื่อบรรทุกอาวุธนิวเคลียร์ เพียงลูกเดียว แต่โดยทั่วไปจะบรรจุ ถังเชื้อเพลิงเพิ่มเติมขนาด350 แกลลอนสหรัฐ (1,300 ลิตร) ^{[ 39 ]}มีเสาใต้ปีกสี่เสาและเสาตรงกลางลำตัวหนึ่งเสาแท่นยึดปีกด้านในและแท่นยึดกลางลำตัวทั้งสองข้างสามารถรับเชื้อเพลิงจาก ถังสำรอง ขนาด 450 และ 650 แกลลอนสหรัฐ (1,700 และ 2,500 ลิตร)ได้ แท่นยึดแห้งด้านนอกสองแห่งมีสายไฟสำหรับขีปนาวุธหรือระเบิด^{[ 40 ] [ 41 ]} ปืน ใหญ่M61 Vulcan (เดิมกำหนดเป็นT-171E3 ) ขนาด 20 มม. แบบ Gatling 6 ลำกล้อง ติดตั้งอยู่ที่ด้านซ้ายของจมูกเครื่องบิน ขีปนาวุธอากาศสู่อากาศระยะสั้น AIM-9 Sidewinderสองลูกสามารถติดตั้งบนแท่นยึดปีกด้านนอกแต่ละข้างได้^{[ 42 ]}              

F-105 ได้รับการออกแบบมาเพื่อการสกัดกั้นในระดับต่ำเป็นหลัก และความเร็วในระดับความสูงต่ำถือเป็นจุดแข็งที่สุดเมื่อต้องรับมือกับเครื่องบินรบของศัตรู เช่นMiG-17 / J-5 ^{[ 43 ]}และMiG-21 F-105 สามารถเอาชนะเครื่องบินข้าศึกได้ 27.5 ลำ^{[ 44 ]}จากประสบการณ์การรบ F-105D ได้รับการปรับปรุงด้วยที่นั่งดีดตัว ที่ดีขึ้น เกราะเพิ่มเติม กล้องเล็งปืนที่ได้รับการปรับปรุง และ พ็อด มาตรการต่อต้านอิเล็กทรอนิกส์ (ECM) บนปีก^{[ 22 ]}

เจอร์รี โนเอล โฮบลิต อดีต นักบินเครื่องบิน F-86 Sabre ของอเมริกาเหนือเล่าว่าเขารู้สึกทึ่งกับขนาดของ F-105 หลังจากได้เห็นมันเป็นครั้งแรก เขาไม่สามารถเอื้อมถึงขอบช่องรับอากาศได้แม้จะกระโดดแบบวิ่งก็ตาม F-105 มีห้องนักบินที่กว้างขวาง มีทัศนวิสัยและการจัดวางที่ดี (โดยเฉพาะอย่างยิ่งหลังจากมีการนำเครื่องมือแบบ "เทป" มาใช้) ระบบอิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูงนั้นเรียนรู้และใช้งานง่าย การขึ้นบินและลงจอดมักทำที่ความเร็ว230 ไมล์ ต่อชั่วโมง (370 กิโลเมตรต่อชั่วโมง) สปอยเลอร์ช่วยควบคุมการหมุนได้ดีในทุกความเร็ว และเบรกอากาศ แบบสี่กลีบที่โดดเด่น (ซึ่งจะเปิดออกเล็กน้อยเมื่อเปิดใช้งานอาฟเตอร์เบิร์นเนอร์เพื่อให้ก๊าซไอเสียไหลได้มากขึ้น) มีประสิทธิภาพสูงแม้ในความเร็วเหนือเสียง การสูญเสียการควบคุมเนื่องจากการหมุนหรือภาวะแทรกซ้อนของการหมุนที่ไม่พึงประสงค์ต้องใช้ความพยายามอย่างตั้งใจจากนักบิน และการฟื้นตัวจากการหมุนโดยฉับพลันนั้นรวดเร็ว^{[ 45 ]}  

ปฏิกิริยาเริ่มต้นของชุมชนนักบินขับไล่ต่อเครื่องบินใหม่ของพวกเขานั้นค่อนข้างเฉื่อยชา เนื่องจากขนาดที่ใหญ่โตและอายุการใช้งานช่วงแรกที่มีปัญหา ทำให้ F-105 ได้รับฉายาที่ไม่ค่อยดีนักหลายชื่อ นอกเหนือจาก "Thud" ที่กล่าวถึงข้างต้นแล้ว ยังมีฉายาอื่นๆ เช่น "Squat Bomber", "Lead Sled" และ "Hyper Hog" และ/หรือ "Ultra Hog" ^{[ 46 ]}สองชื่อหลังนี้มาจากเครื่องบินรุ่นก่อนหน้าของ F-105 คือ Republic F-84 Thunderjet และ F-84F Thunderstreak ซึ่งมีฉายาว่า "Hog" และ "Super Hog" ตามลำดับ จากข้อมูลของนักบินและลูกเรือ F-105 ฉายา "Thud" ได้รับแรงบันดาลใจจากตัวละคร "Chief Thunderthud" จากซีรีส์โทรทัศน์Howdy Doody ^{[ 47 ]}

ความสามารถในการโจมตีของเครื่องบินถูกเรียกอย่างเสียดสีว่า "ภัยคุกคามสามเท่า"—มันสามารถทิ้งระเบิด ยิงกราด หรือโจมตีใส่คุณได้^{[ 48 ]}ข้อดี เช่น การควบคุมที่ตอบสนองได้ดี ประสิทธิภาพที่แข็งแกร่งที่ความเร็วสูงและระดับความสูงต่ำ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของ F-105 ทำให้เหล่านักบินบางส่วนประทับใจ สำหรับบางคน "Thud" เป็นคำที่ใช้เรียกด้วยความรักใคร่ ต่อมา RF-84F Thunderflash กลายเป็นที่รู้จักในชื่อ "Thud's Mother" ^{[ 45 ]} พันเอก Jack Broughtonนักบิน F-105 กล่าวถึงชื่อเล่นนี้ว่า "Thud ได้พิสูจน์ตัวเองแล้ว และชื่อที่เดิมทีถูกพูดด้วยความดูถูกเหยียดหยามได้กลายเป็นชื่อที่ได้รับความเคารพอย่างสูงสุดในหมู่นักบิน" ^{[ 49 ]}

ในปี พ.ศ. 2508 กองทัพอากาศสหรัฐฯ เริ่มใช้งานเครื่องบินขับไล่สองที่นั่งNorth American F-100F Super Sabreที่ติดตั้งอุปกรณ์พิเศษสำหรับ ภารกิจ ปราบปรามระบบป้องกันภัยทางอากาศของศัตรู (SEAD) ในเวียดนาม เครื่องบินเหล่านี้มีชื่อเล่นว่า Wild Weasel และประสบความสำเร็จในการโจมตีเรดาร์ขีปนาวุธพื้นสู่อากาศของเวียดนามเหนือหลายครั้ง ลูกเรือคนที่สองคือนักบินนำทางที่ได้รับการฝึกฝนเป็นเจ้าหน้าที่สงครามอิเล็กทรอนิกส์ (EWO) เพื่อถอดรหัสข้อมูลจากเซ็นเซอร์และนำทางนักบินไปยังเป้าหมาย^{[ 57 ]}อย่างไรก็ตาม F-100F เป็นเพียงทางออกชั่วคราว เนื่องจากน้ำหนักบรรทุกที่จำกัดมักต้องใช้เครื่องบินหลายลำในการโจมตีให้สำเร็จ นอกจากนี้ยังขาดความเร็วและความทนทานที่จะปกป้อง F-105 ได้อย่างมีประสิทธิภาพ^{[ 58 ] [ 59 ]}

เครื่องบิน EF-105F Wild Weasel III ^{[ N 1 ]} (การกำหนด EF เป็นที่นิยมใช้แต่ไม่เป็นทางการ^{[ 59 ]} ) ได้เสริมเซ็นเซอร์และอุปกรณ์รบกวนทางอิเล็กทรอนิกส์ด้วย ขีปนาวุธต่อต้านรังสี AGM-45 Shrikeและระเบิดธรรมดา ทำให้มีขีดความสามารถในการโจมตีที่เครื่องบิน F-100F ขาดไป เครื่องบินลำแรกบินขึ้นเมื่อวันที่ 15 มกราคม 1966 ^{[ 60 ]}และเริ่มเดินทางมาถึงเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ในเดือนพฤษภาคม โดยบินภารกิจแรกเมื่อวันที่ 6 มิถุนายน 1966 ^{[ 59 ]}โดยมี 5 ลำประจำการอยู่ที่ฝูงบินที่ 13 ที่ฐานทัพอากาศโคราช และอีก 6 ลำประจำการอยู่ที่ฝูงบินที่ 354 ที่ฐานทัพอากาศทาคลี^{[ 58 ]}

ในภารกิจช่วงแรกๆ ทั่วไป เครื่องบิน EF-105F เพียงลำเดียวจะบินไปพร้อมกับเครื่องบิน F-105D หนึ่งหรือสองฝูงบิน เพื่อป้องกันการยิงจากภาคพื้นดินของศัตรู แม้ว่ากลยุทธ์นี้จะมีประสิทธิภาพในการลดการสูญเสียของ F-105D แต่เครื่องบิน Weasel ก็ประสบความสูญเสียอย่างหนัก โดยสูญเสียไป 5 ลำจาก 11 ลำแรกในเดือนกรกฎาคมและสิงหาคม พ.ศ. 2509 การโจมตีในสภาพแวดล้อมที่มีความเสี่ยงสูงทำให้เครื่องบิน Weasel ปฏิบัติการในรูปแบบฝูงบินล่าสังหาร "Iron Hand" ซึ่งประกอบด้วยเครื่องบิน Thunderchief แบบที่นั่งเดี่ยวและสองที่นั่งผสมกัน เพื่อกดดันเป้าหมายระหว่างการโจมตีของกองกำลังจู่โจม และโจมตีเป้าหมายอื่นๆ ระหว่างทาง^{[ 60 ] [ 61 ]}ในฤดูใบไม้ร่วงปี พ.ศ. 2510 เครื่องบิน EF-105F เริ่มได้รับการอัพเกรดเป็น Wild Weasel Thunderchief รุ่นสมบูรณ์ คือ F-105G ^{[ 62 ]}

F-105G ได้รวมเอาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับ SEAD รุ่นใหม่จำนวนมากไว้ด้วย ซึ่งรวมถึงระบบเรดาร์นำทางและเตือนภัย (RHAW) ที่ได้รับการอัพเกรด ซึ่งต้องมีการออกแบบปลายปีกใหม่ เพื่อให้จุดยึดด้านนอกว่างสำหรับอาวุธเพิ่มเติม ระบบมาตรการตอบโต้ทางอิเล็กทรอนิกส์ Westinghouse AN/ALQ-105 จึงถูกติดตั้งอย่างถาวรในช่องยาวสองช่องที่ด้านล่างของลำตัวเครื่องบิน เครื่องบินจำนวน 30 ลำได้รับการติดตั้งเสาสำหรับบรรทุกขีปนาวุธต่อต้านรังสีAGM-78 Standard ในภารกิจทั่วไป F-105G จะบรรทุกขีปนาวุธ Shrikes สองลูกบนเสาด้านนอก ขีปนาวุธ Standard หนึ่งลูกบนเสาด้านในซึ่งสมดุลด้วย ถังเชื้อเพลิงขนาด 450 แกลลอน สหรัฐ(1,700 ลิตร)ที่อีกด้านหนึ่ง และ ถังเชื้อเพลิงขนาด 650 แกลลอนสหรัฐ (2,500 ลิตร)ที่กึ่งกลางลำตัว^{[ 63 ]}      

เครื่องบิน F-105B เข้าประจำการในกองทัพอากาศ สหรัฐฯ กับ ฝูงบินขับไล่ทางยุทธวิธีที่ 335ของกองบินขับไล่ทางยุทธวิธีที่ 4ในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2491 แม้ว่าฝูงบินจะยังไม่สามารถปฏิบัติการได้อย่างเต็มที่จนกระทั่งปี พ.ศ. 2492 ^{[ 20 ]}เมื่อวันที่ 11 ธันวาคม พ.ศ. 2492 เครื่องบิน F-105B ที่ขับโดยพลตรีโจเซฟ มัวร์ (ผู้บัญชาการกองบินขับไล่ทางยุทธวิธีที่ 4) ได้สร้างสถิติโลกด้วยความเร็ว1,216.48 ไมล์ต่อชั่วโมง (1,958 กม./ชม.)ในเส้นทาง62 ไมล์ (100 กม.) ^{[ 65 ] [ 66 ]} ประสบ ปัญหาเกี่ยวกับ ระบบ อิเล็กทรอนิกส์ การบินและ ระบบควบคุมการยิง MA-8 ในช่วงแรก โดยทั่วไปแล้ว F-105 ต้องใช้เวลาบำรุงรักษา 150 ชั่วโมงต่อชั่วโมงบิน ปัญหาเหล่านี้ส่วนใหญ่ได้รับการแก้ไขภายใต้โครงการ Optimize การขาดแคลนอะไหล่ส่งผลให้ฝูงบิน F-105B ทั้งหมดต้องหยุดบินชั่วคราวในปี พ.ศ. 2503 ^{[ 25 ] [ 67 ]}ในปี พ.ศ. 2507 เครื่องบิน F-105B ที่ได้รับการดัดแปลงโดยใช้บัลลาสต์แทนปืนใหญ่ เสริมความแข็งแรงของลำตัวและปีกสำหรับการบินผาดโผน และเพิ่มเครื่องกำเนิดควัน ได้บินร่วมกับ ทีมแสดง ผาดโผน Thunderbirds ของกองทัพอากาศสหรัฐฯ เป็นระยะเวลาสั้นๆ หลังจากการแสดงเพียงหกครั้ง อุบัติเหตุร้ายแรงจากการรับน้ำหนักเกินของโครงสร้างเครื่องบินนำไปสู่การนำเครื่องบิน F-100 Super Sabre กลับมาใช้งานอีกครั้ง^{[ 68 ] [ 69 ]}  

ในปี พ.ศ. 2507 เครื่องบิน F-105B ถูกลดระดับไปประจำการในฝูงบินของกองทัพอากาศแห่งชาติสหรัฐฯ ( USAF Air National Guard หรือ ANG) ^{[ 65 ] [ 70 ]}เครื่องบิน F-105D รุ่นใหม่ถูกแทนที่ในการปฏิบัติการแนวหน้า ด้วยเรดาร์ NASARR R-14A และระบบควบคุมการยิง AN/ASG-19 Thunderstick ที่ทันสมัย ​​ทำให้สามารถปฏิบัติการได้ในทุกสภาพอากาศ เรดาร์ R-14A ยังเพิ่ม ความสามารถ ในการหลีกเลี่ยงภูมิประเทศด้วย ในขณะเดียวกันก็มีการติดตั้งแผงหน้าปัดใหม่ทั้งหมด โดยเปลี่ยนจากหน้าปัดแบบหมุนเป็นหน้าปัดแบบแถบแนวตั้ง ซึ่งอ่านง่ายกว่าในระหว่างการต่อสู้ เพื่อรองรับเรดาร์ใหม่ที่มีจานเรดาร์ขนาดใหญ่ขึ้น ลำตัวส่วนหน้าจึงได้รับการออกแบบใหม่ ทำให้ความยาวโดยรวมเพิ่มขึ้น16 นิ้ว (41 ซม. ) ^{[ 71 ] [ 72 ]} 

เครื่องบิน F-105D เข้าประจำการกับฝูงบินขับไล่ทางยุทธวิธีที่ 335 ในเดือนกันยายน พ.ศ. 2503 แม้ว่าจะยังไม่สามารถใช้งานได้อย่างเต็มรูปแบบในเครื่องบิน F-105D จนกระทั่งต้นปี พ.ศ. 2504 ^{[ 27 ]}หน่วย F-105 ในต่างประเทศหน่วยแรกก่อตั้งขึ้นในเยอรมนีตะวันตกในปี พ.ศ. 2504 โดยมีฝูงบินขับไล่ทางยุทธวิธีที่ 36 ประจำการที่ฐานทัพอากาศบิทเบิร์กในเดือนพฤษภาคม และฝูงบินขับไล่ทางยุทธวิธีที่ 49 ประจำการที่ฐานทัพอากาศสปางดาห์เลมในเดือนตุลาคม ทั้งสองฝูงบินมีบทบาทหลักในการโจมตีด้วยอาวุธนิวเคลียร์ทางยุทธวิธีสำหรับนาโต^{[ 27 ]}เครื่องบิน F-105D ยังถูกส่งไปประจำการในแปซิฟิกด้วย โดยฝูงบินขับไล่ทางยุทธวิธีที่ 18ที่คาเดนาในโอกินาวาเปลี่ยนมาใช้ในปี พ.ศ. 2505 และฝูงบินขับไล่ทางยุทธวิธีที่ 8เปลี่ยนมาใช้ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2506 ^{[ 73 ]}

เช่นเดียวกับ F-105B ช่วงแรกของการใช้งาน F-105D เต็มไปด้วยปัญหาการบำรุงรักษาและความล้มเหลวระหว่างการบิน^{[ 74 ]}ที่มาของชื่อเล่น"Thud"นั้นคลุมเครือ บางคนอ้างว่ามันหมายถึงเสียงของ F-105 ที่ตกกระแทกพื้น^{[ 75 ]}ฝูงบิน F-105D ทั้งหมดถูกสั่งห้ามบินในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2504 และอีกครั้งในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2505 ^{[ 73 ]}ปัญหาหลายอย่างได้รับการแก้ไขในระหว่างการผลิต และภายในปี พ.ศ. 2507 F-105D รุ่นแรกๆ ได้รับการปรับปรุงด้วยการแก้ไขเหล่านี้ภายใต้โครงการLook Alikeแม้ว่าปัญหาเครื่องยนต์ขัดข้องและปัญหาเกี่ยวกับระบบเชื้อเพลิงจะยังคงมีอยู่จนถึงปี พ.ศ. 2510 ^{[ 76 ] [ 77 ]}

ในขณะเดียวกัน กองทัพอากาศสหรัฐฯ ก็ค่อยๆ เปลี่ยนภารกิจที่คาดการณ์ไว้ของ F-105 จากการสกัดกั้นนิวเคลียร์ไปเป็นการทิ้งระเบิดแบบธรรมดา การอัพเกรด Look Alikeเพิ่มขีดความสามารถของเครื่องบินจากระเบิดธรรมดาขนาด750 ปอนด์ (340 กิโลกรัม) จำนวน 4 ลูก เป็น 16 ลูก บนจุดติดตั้งใต้ปีกและกลางลำตัว และเพิ่มอุปกรณ์สำหรับยิงขีปนาวุธอากาศสู่พื้นAGM-12 Bullpup ในเดือนมิถุนายน ปี 1961 เครื่องบิน F-105D ได้ทิ้งระเบิดธรรมดาหนัก 15,430 ปอนด์ (7,000 กิโลกรัม)ในระหว่างการทดสอบของกองทัพอากาศสหรัฐฯ ซึ่งในขณะนั้นถือเป็นสถิติสำหรับเครื่องบินเครื่องยนต์เดียวที่มีน้ำหนักบรรทุกหนักกว่าเครื่องบินทิ้งระเบิดหนักสี่เครื่องยนต์ของอเมริกาในสงครามโลกครั้งที่สองถึงสามเท่า เช่นBoeing B-17 Flying FortressและConsolidated B-24 Liberatorแม้ว่าจะต้องมีการเติมเชื้อเพลิงกลางอากาศสำหรับภารกิจระยะยาวก็ตาม^{[ 78 ]}หนึ่งในเครื่องบิน F-105D ได้รับการตั้งชื่อว่าMemphis Belle IIตามชื่อเครื่องบินB -17 ที่มีชื่อเสียงในสงครามโลกครั้งที่ 2 ^{[ 3 ]}    

แม้จะมีปัญหาในช่วงแรกของการใช้งาน แต่ F-105 ก็กลายเป็นเครื่องบินโจมตีหลักในช่วงต้นสงครามเวียดนาม F-105 สามารถบรรทุกระเบิดได้มากกว่าสองเท่า ไกลกว่า และเร็วกว่า F-100 ซึ่งส่วนใหญ่ใช้ในเวียดนามใต้^{[ 79 ]}ภารกิจการรบครั้งแรกของ F-105D ในสงครามครั้งนี้ เป็นการแสดงให้เห็นถึงบทบาทของ Wild Weasel โดยเกี่ยวข้องกับการโจมตีฐานปืนต่อต้านอากาศยานบนPlaine des Jarresเมื่อ วันที่ 14 สิงหาคม 1964 ^{[ 80 ] [ 81 ]}ภารกิจนี้ดำเนินการโดยเครื่องบินของฝูงบินขับไล่ทางยุทธวิธีที่ 36 กองบินขับไล่ทางยุทธวิธีที่ 6441 ซึ่งประจำการจากฐานทัพอากาศโยโกตะประเทศญี่ปุ่น ไปยังฐานทัพอากาศโคราชประเทศไทย^{[ 82 ]} เครื่องบิน Thunderchief ลำแรกที่สูญเสียไปในสงครามก็เกิดขึ้นระหว่างภารกิจนี้เช่นกัน แม้ว่านักบินจะสามารถนำเครื่องบินกลับไปยังโคราชได้^{[ 80 ] [ 81 ]}ภารกิจโจมตีครั้งแรกเกิดขึ้นเมื่อวันที่ 13 มกราคม พ.ศ. 2508 โดยทำลายสะพานบ้านเคนในประเทศลาว^{[ 83 ]}ในช่วงต้นปี พ.ศ. 2508 ฝูงบิน F-105 เพิ่มเติมถูกส่งไปยังฐานทัพอากาศโคราชและตากลีในประเทศไทย เมื่อเริ่มปฏิบัติการโรลลิ่งธันเดอร์ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2508 เครื่องบิน F-105D จำนวนมากถูกส่งไปยังฐานทัพเหล่านี้เพื่อเข้าร่วมในภารกิจทิ้งระเบิดอย่างเข้มข้น^{[ 84 ]}

เมื่อวันที่ 3 เมษายน พ.ศ. 2508 เครื่องบินทั้งหมด 79 ลำ รวมถึง F-105 Thunderchief จำนวน 45 ลำ ถูกส่งไปโจมตีสะพาน Thanh Hoaซึ่งมีชื่อเล่นว่า "ขากรรไกรมังกร" ^{[ 85 ]} ในวันถัดมา ฝ่ายศัตรูได้เผชิญหน้ากับเครื่องบิน MiG ระหว่างการโจมตีสะพานครั้งที่สอง โดยมี MiG-17จำนวน 8 ลำปะทะกับ F-105 จำนวน 46 ลำ ที่ได้รับการคุ้มกันโดย ฝูงบิน MiGCAPซึ่งประกอบด้วย F-100 Super Sabre จำนวน 21 ลำ เครื่องบิน MiG-17 หลบหลีกการคุ้มกันโดยใช้ระดับความสูงและเมฆปกคลุม และมุ่งเป้าไปที่ Thunderchief ที่บรรทุกระเบิดแทน Thunderchief สองลำถูก MiG-17 ยิงตก ส่วนลำที่สามซึ่งคิดว่าถูกยิงจากภาคพื้นดิน ต่อมาฝ่ายเหนืออ้างว่าถูก MiG-17 ยิงตกเช่นกัน นักบิน F-105 คนหนึ่งรอดพ้นไปได้อย่างหวุดหวิด^{[ 86 ] [ 87 ]} พลเอก จอห์น พี. แมคคอนเนลล์เสนาธิการกองทัพอากาศสหรัฐฯ"โกรธจัด" เมื่อได้ยินว่าเครื่องบิน F-105 สองลำถูกยิงตกโดยเครื่องบิน MiG ความเร็วต่ำกว่าเสียงของเวียดนามเหนือในยุคสงครามเกาหลี^{[ 88 ]}สะพาน Thanh Hoa พิสูจน์แล้วว่าทนทานต่อการทิ้งระเบิดทางอากาศ มีการปฏิบัติภารกิจหลายครั้งเพื่อทำลายสะพานทั้งโดยเครื่องบิน F-105 และเครื่องบินของกองทัพเรือสหรัฐฯ^{[ 89 ]}

เมื่อวันที่ 24 กรกฎาคม พ.ศ. 2508 เครื่องบินรบ McDonnell F-4C Phantomของกองทัพอากาศสหรัฐฯ จำนวน 4 ลำได้เข้าร่วมในการโจมตีทางอากาศต่อคลังเก็บกระสุน Dien Ben Phu และโรงงานผลิตกระสุน Lang Chi ทางตะวันตกของฮานอย มีเครื่องบินถูกยิงตก 1 ลำ และอีก 3 ลำได้รับความเสียหายจากขีปนาวุธ SA-2 ^{[ 90 ]}หลังจากนั้น 2 วัน ประธานาธิบดีจอห์นสันได้ออกคำสั่งให้โจมตีตำแหน่ง SA-2 ที่ทราบทั้งหมดซึ่งถูกค้นพบนอกเขตห้ามเข้า 30 ไมล์ ในเช้าวันที่ 27 กรกฎาคม เครื่องบิน F-105 จำนวน 48 ลำ ได้เข้าร่วมในปฏิบัติการ Spring High แต่เวียดนามรู้ว่าเครื่องบินของสหรัฐฯ กำลังจะมา จึงได้ติดตั้งปืนต่อต้านอากาศยานขนาด 23 มม. และ 37 มม. จำนวนมากในบริเวณนั้น ปืนต่อต้านอากาศยานเหล่านี้มีประสิทธิภาพร้ายแรงในระยะใกล้ และเวียดนามได้ยิงเครื่องบินตก 6 ลำ ขณะที่เครื่องบินของสหรัฐฯ ที่เหลืออีกกว่าครึ่งได้รับความเสียหายจากการยิงจากภาคพื้นดิน ทั้งสองฐานยิงขีปนาวุธพื้นสู่อากาศไม่มีขีปนาวุธและอุปกรณ์ใดๆ เหลืออยู่ และเวียดนามได้ใช้ไม้ไผ่ทาสีขาวแทนขีปนาวุธ SA-2 ของจริง ปฏิบัติการ Spring High ทำลายเป้าหมายที่ไร้ค่าสองเป้าหมายโดยต้องสูญเสียเครื่องบินไปหกลำและนักบินห้าคน^{[ 90 ]}

ในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2509 นักบิน MiG-21 ของกองทัพอากาศประชาชนเวียดนาม (VPAF) จากกรมที่ 921 อ้างว่าได้ยิงเครื่องบิน F-105 ตก 14 ลำโดยไม่มีการสูญเสียใดๆ ^{[ 91 ]}

ในการปฏิบัติภารกิจรบปกติในเวียดนามเหนือ เครื่องบิน F-105D จะบรรทุกถังเชื้อเพลิงขนาด 450 แกลลอน สหรัฐ(1,700 ลิตร) สองถังที่ติดตั้งบนปีก ถังเชื้อเพลิง ขนาด 390 แกลลอนสหรัฐ (1,500 ลิตร)ในช่องเก็บระเบิด และระเบิดขนาด 1,000 ปอนด์ (450 กิโลกรัม) ห้าลูก หรือ ระเบิด ขนาด 750 ปอนด์ (340 กิโลกรัม) หกลูก และจำเป็นต้องเติมเชื้อเพลิงกลางอากาศ ขณะบิน ไปและบางครั้งก็กลับจากฮานอย ซึ่งอยู่ห่างออกไป 700 ไมล์ (1,100 กิโลเมตร)เครื่องบิน F-105 ที่บินอยู่ใกล้ฮานอยมักจะบินอ้อมภูมิประเทศที่เป็นภูเขาซึ่งมีชื่อเล่นว่าThud Ridgeเพื่อหลีกเลี่ยงการป้องกันทางอากาศที่ล้อมรอบเมือง^{[ 92 ] [ 93 ]}พันเอกJack Broughtonนักบิน F-105 ในเวียดนาม กล่าวว่าความต้องการในการบินใกล้ฮานอยนั้น "ไม่มีที่ว่างสำหรับความผิดพลาดเลย" ^{[ 94 ]}            

เมื่อวันที่ 11 สิงหาคม พ.ศ. 2510 เครื่องบิน F-105D จากฝูงบินขับไล่ทางยุทธวิธีที่ 335 พร้อมด้วยการสนับสนุนจากเครื่องบิน F-105 Wild Weasel จากฝูงบินขับไล่ทางยุทธวิธีที่ 338 ได้ทำการโจมตีสะพาน Paul Doumerข้ามแม่น้ำแดง เป็นครั้งแรกและประสบความสำเร็จอีกหลายครั้ง ^{[ 95 ] [ 96 ]}การบินภารกิจในระดับความสูงต่ำและการทิ้งระเบิดแบบดิ่งลงทำให้เครื่องบิน F-105 ตกอยู่ในระยะของปืนต่อต้านอากาศยานของเวียดนามเหนือ ซึ่งบางครั้งก็ถูกยิงอย่างหนัก^{[ 97 ]}

เครื่องบิน F-105 ของกองทัพอากาศสหรัฐฯ ได้รับการคุ้มกันโดยเครื่องบิน F-4 เพื่อป้องกันการโจมตีจากเครื่องบินรบของศัตรู อย่างไรก็ตาม เครื่องบิน Thunderchief ได้รับการบันทึกอย่างเป็นทางการว่ามีชัยชนะในการต่อสู้ทางอากาศ 27.5 ครั้งเหนือเครื่องบินของกองทัพอากาศเวียดนามเหนือ โดยสูญเสียเครื่องบินไป 17 ลำจากการโจมตีของเครื่องบินรบของศัตรู (นักบินเวียดนามเหนืออ้างว่ายิงเครื่องบิน F-105 ตกเพิ่มอีก 23 ลำ แต่กองทัพอากาศสหรัฐฯ ยังไม่ยืนยัน) ชัยชนะทั้งหมดเป็นการต่อสู้กับเครื่องบิน MiG-17 โดย 24.5 ลำถูกยิงตกด้วยปืนใหญ่ (หนึ่งลำเป็นชัยชนะร่วมกับเครื่องบิน F-4) และสามลำถูกยิงตกด้วยขีปนาวุธAIM-9 Sidewinder ^{[ 44 ]}เครื่องบิน F-105F ลำหนึ่งได้รับการบันทึกอย่างไม่เป็นทางการว่ายิงเครื่องบิน MiG ตกสามลำ โดยลำแรกยิงด้วยขีปนาวุธทางอากาศ ลำที่สองยิงด้วยปืนใหญ่ และลำที่สามทิ้งระเบิดจากแท่นวางระเบิดตรงกลางลำตัวใส่เครื่องบิน MiG ที่กำลังตกใจ^{[ 98 ]}

เมื่อวันที่ 31 พฤษภาคม พ.ศ. 2511 พิธีอุทิศได้จัดขึ้นที่สถาบันกองทัพอากาศสหรัฐฯเพื่อเป็นเกียรติแก่ผู้สำเร็จการศึกษาที่เคยรับราชการในเวียดนาม เครื่องบิน F-105 ซึ่งประกอบขึ้นโดยใช้ชิ้นส่วนจากเครื่องบิน F-105 จำนวน 10 ลำที่เคยประจำการในเวียดนาม ได้ถูกนำมาจัดแสดงถาวร^{[ 99 ]}พิธีดังกล่าวมีนักเรียนนายร้อยทั้งหมด ผู้กำกับและผู้บัญชาการนักเรียนนายร้อยของสถาบันกองทัพอากาศสหรัฐฯ ตัวแทนจาก Republic Aircraft สมาชิกสื่อมวลชน และอื่นๆ เข้าร่วม เพื่อเป็นการปิดท้ายพิธี เครื่องบิน F-105 จำนวน 4 ลำจากฐานทัพอากาศ McConnellจะบินเป็นรูปขบวนที่ระดับความสูง 1,000 ฟุตเหนือพื้นดิน จากนั้นจะบินเดี่ยวที่ระดับความสูง 250 ฟุต การบินเป็นรูปขบวนเป็นไปตามแผน แต่หัวหน้าฝูงบิน พันโท เจมส์ "แบล็ก แมตต์" แมทธิวส์ บินกลับมาเพื่อบินเดี่ยวและบินด้วยความเร็วเหนือเสียงที่ระดับความสูงน้อยกว่า 100 ฟุต เสียงดังสนั่นที่ตามมาทำให้กระจกแตกหลายร้อยบาน และมีผู้ได้รับบาดเจ็บจากการถูกของมีคม 15 คน^{[ 100 ]}

เนื่องจากการผลิต F-105 สิ้นสุดลง เครื่องบินประเภทนี้จึงถูกแทนที่ด้วยเครื่องบินประเภทอื่นในสงครามเวียดนาม โดยส่วนใหญ่เป็น F-4 Phantom II ^{[ 104 ]}ในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2513 กองบินขับไล่ทางยุทธวิธีที่ 355ซึ่งประจำการอยู่ที่ฐานทัพอากาศตากลี ประเทศไทย และเป็นหน่วย F-105D หน่วยสุดท้ายในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ เริ่มเดินทางกลับสหรัฐอเมริกา เครื่องบิน F-105G Wild Weasel ยังคงปฏิบัติการต่อไปจนกระทั่งสิ้นสุดสงคราม และค่อยๆ ถูกแทนที่ด้วย F-4G Wild Weasel IV ^{[ 105 ]}

เครื่องบิน Thunderchief ถูกถอนออกจากประจำการของกองทัพอากาศสหรัฐฯ อย่างรวดเร็วหลังสงครามเวียดนามสิ้นสุดลง จากเครื่องบิน F-105 จำนวน 833 ลำที่ผลิตขึ้น มีเครื่องบิน F-105 สูญหายไปในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้รวม 395 ลำ (F-105D จำนวน 296 ลำ และเครื่องบินสองที่นั่ง 38 ลำ) ซึ่งสูญหายจากการโจมตีของศัตรู และ 61 ลำสูญหายจากอุบัติเหตุระหว่างปฏิบัติการ^{[ 106 ] [ 107 ]}หลังสงคราม กองทัพอากาศสหรัฐฯ เริ่มโอนเครื่องบินที่เหลือไปยังหน่วยสำรองกองทัพอากาศ (AFRES) และหน่วยกองกำลังพิทักษ์ชาติทางอากาศ (ANG) ในช่วงปลายทศวรรษ 1970 เครื่องบิน Thunderchief ที่เก่าเหล่านี้เริ่มยากต่อการบำรุงรักษา^{[ 108 ]} เครื่องบิน F-105G ลำสุดท้ายของฝูงบินขับไล่ทางยุทธวิธีที่ 128 แห่ง กองกำลังพิทักษ์ชาติจอร์เจียถูกปลดประจำการเมื่อวันที่ 25 พฤษภาคม 1983 ^{[ 109 ]} เที่ยวบินสุดท้ายของเครื่องบิน F-105 Thunderchief คือ เที่ยวบินของฝูงบินขับไล่ทางยุทธวิธีที่ 466 แห่ง AFRES โดยใช้เครื่องบิน F-105D เมื่อวันที่ 25 กุมภาพันธ์ 1984 ^{[ 110 ]}