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.

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.