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.

Летчик авиации Национальной гвардии штата Нью-Джерси в кабине F-105B, 1981 г. На борту фюзеляжа в районе установки катапультируемого кресла нанесен красно-белый треугольник, предупреждающий об опасности. Рисунок в виде круга с тигром — эмблема 141-й тактической истребительной эскадрильи. В фонарь кабины встроена антенна автоматического радиокомпаса AN/ARB-59.

Оружейники подвешивают под крыльевой пилон F-105B 750-фунтовую бомбу (340,2 кг) Ml 17, 1959 г. «Тандерчиф» готовят к учебному полету, самолеты F-105В участия в боевых действиях не принимали. Бомбы M117 являлись одним из основных вариантов вооружения «Тандерчифа», F-105 мог нести до 16 таких бомб: 12 на центральном подфюзеляжном пилоне и по две на подкрыльевых пилонах.

Наиболее приоритетными заданиями для одноместного всепогодного истребителя-бомбардировщика являлись:

1. Уничтожение военного потенциала противника ядерными боеприпасами на дальностях до 1600 км от аэродрома базирования. Боеприпасы могут сбрасывать с малой высоты на скорости несколько превышающей звуковую, точность бомбометания составляет 150–350 м; точность бомбометания с больших высот на скорости, близкой к М=2, составляет 600–900 м. Типовыми маневрами при сбросе бомб являются пологое пикирование, полупетля, горизонтальный полет.

2. Непосредственная авиационная поддержка наземных войск и нанесение ударов по тыловым районам противника обычными боеприпасами: фугасными и зажигательными свободнопадающими бомбами, неуправляемыми авиационными ракетами, управляемыми ракетами класса воздух-поверхность «Булпап».

Предусматривалась возможность применения самолета в качестве истребителя-перехватчика из положения «дежурство на аэродроме». Для поражения воздушных целей в состав вооружения включены ракеты класса воздух-воздух «Фалкон» и «Сайдуиндер».

Типовой боевое вылет истребителя- бомбардировщика F-105D на поражение удаленной на 1500 км наземной цели ядерным оружием должен был протекать следующим образом:

— Старт на форсаже с взлетной массой 22 т (полезная нагрузка — ядерный боеприпас и три внешних топливных бака). Во время набора высоты включается автопилот, обеспечивающий сохранение оптимального угла тангажа и заданной вертикальной скорости. После достижения высоты крейсерского полета в 9000 м летчик сбрасывает подфюзеляжный топливный бак и переводит самолет в горизонтальный полет со скоростью М=0,82- 0,86. Полет по маршруту выполняется на автопилоте, поворотные пункты маршрута вводятся в память автопилота перед взлетом. Контрольные пункты маршрута выбираются на расстоянии примерно 350 км друг от друга, что соответствует 20 минутам полета. В контрольных точках летчик сверяет радиолокационное изображение карты (вводится в навигационную систему перед взлетом) с реальной местностью и при необходимости производит коррекцию навигационной системы.

Самолеты F-105 оснащались четырехсекционным воздушным тормозом, в сложенным состоянии воздушный тормоз являлся продолжением сопла двигателя. Максимальный угол отклонения секций воздушного тормоза — 90 град. На посадке отклонялись только боковые секции, так как верхняя секция могла помешать выпуску тормозного парашюта, а нижней самолет мог зацепить за полосу.

Самолет F-105B (57-5782) пилотажной группы «Тандербёрдз» пилотирует майор Дэвид Пилтон. С машины демонтированы пушка и навигационная система, но установлена система впрыска масла в выхлопную струю двигателя (для создания дымного шлейфа). Этот самолет был доставлен на авиабазу Неллис, где базировалась группа «Тандербёрдз» 25 января 1964 г.