即使在所有飞机交付后，可靠性问题还是持续困扰着 MA-1 和 ASQ-25 系统。在漫长的服役生涯中，F-106A 一直在进行升级和改装以克服这些问题。开始于 1960 年末的“跳远”改进计划是一个对 F-106A 进行改进的长期计划。该计划由萨克拉门托航空材料中心的人员执行，一直延续到 1963 年初。在该计划的各项改进中包含有红外搜索和跟踪瞄准装置，能在低空和多重背景下完成工作，不用时可以收回座舱前部的整流罩内。
1962 年，F-106A 安装了紧急制动系统，在着陆速度过快时可以钩住设在跑道末端的拦阻索来减速，这是美国空军第一种安装此类设备的作战飞机。注意，这种设备和舰载机着降设备的功能不同，也从未打算让 F-106A 成为舰载机。
1961 年 9 月 26 日，为了修理已经造成两架飞机失事的燃料系统，F-106 被迫再次停飞。这一命令涉及正进行训练和转换飞行的 F-106，没有影响防空司令部（ADC）处于战备警戒任务中的 F-106。为应对停飞，代号“三角板”的翻新和改装计划于当年和次年间展开。该计划最终修正了困扰着早期“三角标枪”的燃料不足引发的突然着火，还安装了一种闪电致盲保护装置。而最显著的变化也许要数弹射系统。
弹射系统：安装在早期 F-106 上的弹射座椅是经韦伯公司改进用于 F-102 的弹射座椅。它是开放式的弹弓弹射座椅，使用炸药将座椅扔出飞机。对于超音速弹射而言，这种座椅是不适用的，它被康维尔设计的 B 型弹射座椅所替代。目前还不清楚编号 B 代表什么意思，但是飞行员相信这是因为它像一个长橇（bobsled）。它被设计成超音速弹射座椅，接受了 15 次滑橇测试和 11 次飞行测试。1961 年 6 月 6 日，康维尔设计的座椅进行了第一次人体实验，技术军士格姆斯•霍维尔（Technical Sergeant Games Howell）从詹姆斯•亨德利克斯少校（Major James Hendrix）驾驶的一架 F-106B 上安全完成弹射。
F-106B 弹射试验
康维尔 B 型座椅的弹射顺序十分复杂。飞行员先要牵拉 D 环抛掉座舱盖，然后收缩和绑紧安全带，再收拢双脚并升高足部面板、座椅面板和护腿装置。当这些全部完成后，飞行员不得不第二次牵拉 D 环断开座椅制动器，点燃垂直推进器，它将推动座椅沿轨道上升。然后旋转推进器点火，使座椅在飞机上方旋转进入水平位置。一旦到达上述位置，气动稳定装置操纵杆展开，爆炸螺栓断开连接，火箭发动机点火推动座椅离开飞机。
早期型弹射座椅
康维尔 B 型弹射座椅
康维尔新设计的弹射座椅并不很受 F-106 飞行员的欢迎，有一些不成功的弹射导致了飞行员的不幸。康维尔 B 型座椅的复杂性和不可靠性导致了它的失败，1965 年美国空军转而同韦伯飞机公司签订了关于设计零-零弹射座椅的合同。人们开始认识到高空超音速弹射的概率实际上很低，高速飞机更有可能在相对低的高度和速度下需要弹射。韦伯公司在短短 45 天内就提交了第一部座椅。新的韦伯座椅相当有效，很快就安装到了整个 F-106 机群上。
韦伯零-零弹射座椅
1965 年安装了新的塔康（TACAN）系统，它使用微型电子电路，尺寸和重量都只有原系统的三分之一。
M61A1 20 毫米航炮：F-106A 拥有失所有人惊讶的可操纵性，而且显示出了出色的缠斗潜力。有些观点认为应当在越南使用 F-106 作高空掩护。建议包括喷涂战术伪装色，安装视线良好的顶盖，配备内置航炮。尽 管F-106 事实上从未在越南服役，增加航炮的建议还是被认真接受了。航炮并不打算在空空格斗中用来对付敌方的战斗机，而主要打算为对付敌方轰炸机提供额外的近战火力，它也被认为能有效打击低空飞行的轰炸机。
图中明显可见机腹中心线上的内置航炮。除此之外，这架 F-106A 还在一侧翼下挂载了一枚“标准”反辐射导弹，但是没有资料显示 F-106A 曾经正式执行过“野鼬鼠”任务
为了支持航炮计划，在所谓的“神射手项目”中，康维尔提出了如下方案：为 F-106 加装内置航炮，一台光学火炮瞄准器，以及一块视线良好的座舱顶盖。内置的 20 毫米 M61A1 加特林炮连同 650 发炮弹被装进了武器舱的后半部，代替了“妖怪”核火箭。这样，4 枚 AIM-4F/G“超级猎鹰”仍旧能够携带。航炮系统作为一个整体安装在导弹舱的一个围栏内，突出导弹舱外的部分安装了整流罩。可以通过机身下方的突出物来识别安装有航炮的 F-106A，这是航炮的排弹口。作为项目的一部分，测试了一种被称为“清晰顶棚”的新型座舱盖，它取消了飞行员头顶的金属隔框，显著改善了座舱视野。
武器舱内的 M61A1 航炮
1969 年 2 月 10 日在 F-106A 58-0795 上首次进行了航炮安装试验，后来在 59-092 上也进行了相同试验。航炮瞄准具原型机的研发工作在廷德尔空军基地（Tyndall AFB）实施。航炮只被安装在配备竖条仪表的 F-106 上。开火时射速被限制在 4,500 发/分，而在 F-4E 上安装时可以达到 6,000 发/分，这是因为受驱动炮管旋转的液压泵限制。不过，这一创新没有被应用到双座的 F-106B 上。
由于 F-106 不再被派往越南，喷涂伪装色就没有明显的好处，上述计划于是被取消。
1960 年代末期，F-106 装备了新设计的翼下大容量副油箱，它经常被称做“超音速油箱”，因为它可以在任意速度挂载在翼下。它的容量是 360 加仑（美制），比以前的 227 加仑副油箱大 50%，并且可以抛弃，尽管训练中一搬不这么做。除了短程截击任务，都要例行地挂载这种副油箱。
为配合新型翼下副油箱，幸存的 F-106 加装了空中加油设备，受油插座被安装到座舱后的背脊上。1967 年安装了首部空中加油设备。
正在由 KC-135 进行的空中加油作业
F-106 主要部署在美国本土、阿拉斯加、冰岛和加拿大，不过也曾在西德和韩国短期部署过。虽然 1968 年 2 月在“普韦布洛号事件”期间，F-106 被暂时部署到韩国乌山空军基地（Osan AFB），用来提供空中防御，但“三角标枪”从未参加过实战。