第一架 YF-102A 原型机 53-1787
由于 YF-102 的成功试飞，空军同意康维尔重新启动生产线，并下达大批订单。但 F-102 的改进并未结束。1955 年 6 月 24 日，第一架生产型 F-102A 离开圣地亚哥的生产线，5 天后交付空军。相对于早期的 YF-102，其机身加长 4.8 米，机高提高 0.91 米，翼展加大 0.35 米，翼面积由 61.4 平方米增大到 64.5 平方米，飞机空重增加 792 公斤。包括这一架在内，首批 40 架 F-102A（生产批次从 BLOCK 5 到 BLOCK 25）都被用于试飞和发展，并及时进行相应的改进。事实上，当时最主要的问题是飞机在高速时的安定性问题。直至 1955 年 12 月，一架改进了垂尾的 F-102A 成功进行了高速试飞，标志着安定性问题的最终解决。至此，F-102A 终于完全定型。其时间之短，令人惊叹不已。这当中，“库克•克莱治”方法功不可没（尽管存在着巨大浪费的风险）。回想我们的 J-8 研制历程，自始至终就只有一架原型机进行试飞，加上其它因素干扰，从试飞到定型时间竟超过 10 年！两厢对比，其中一些东西是值得我们深思的。
第一架生产型 F-102A 53-1791
F-102A 机尾的修形鼓包
F-102A 的演进过程，最终增高了垂尾并加大了减速板面积
由于是第一次装备 F-102A 这种三角翼战斗机，为了进行改装训练，美国空军决定专门研制一种并列双座教练机，以帮助飞行员尽快熟悉这类飞机的操纵特性。
康维尔公司制造了一个 TF-102A 全尺寸前机身模型，进气口与生产型不一样
最终的生产型简化的进气口设计
1953 年 5 月 5 日，空军与康维尔公司签订合同，开始研制串列双座教练机 TF-102。同年 9 月 16 日，TF-102 项目被纳入武器系统 WS-201L 发展计划中。不过，此时 YF-102 的阻力问题已经凸现出来，TF-102 不得不按照 NACA 的建议，以F-102A为基准进行相应改进设计，改进后的方案被称作 TF-102A。和F-102A相比，TF-102A 有个宽大得多的机头，以容纳并列座舱——采用并列双座设计，教员可以清楚地了解学员的动作，并进行示范、纠正，有利于学员更快地掌握飞行技巧，但却要在飞机性能上付出代价。同时，原本在座舱两侧的进气道被迫向斜下方移动，形成类似当今流行的“肋部进气”布局。由于这个古怪的胖机头，TF-102A 被戏称为“飞行澡盆”。座舱后的机身段，TF-102A 直接沿用了 F-102A 的设计，保留原来的武器系统，只是取消了休斯公司的火控系统。
1954 年 3～4 月间，空军向康维尔公司订购 20 架 TF-102A。同年 9 月，TF-102A 方案提交空军。随着 F-102A 的成功试飞，空军再次增购 28 架 TF-102A。1955年11月8日，第一架TF-102A原型机（8-12型）在理查德•L•约翰逊操纵下成功首飞。不过，在试飞中发现，并列双座座舱会导致飞机高速阻力骤增，严重影响飞机性能（事实上该机在平飞中已经无法超过音速，除非以不小于 5 度的俯角进行俯冲）。为此，康维尔专门重新设计了新的座舱，并于 1956 年 4 月装机试飞。不过试飞结果并不令人满意——新座舱虽然减小了阻力，但却导致飞机视界的恶化。作为教练机，终归视界比速度重要，因此新的座舱设计被取消，又改回原来的座舱设计。为了减阻，康维尔又在座舱后增加涡流发生器，以改善该处气流状况，减小阻力。同时垂尾也有所加大，以弥补并列双座造成的方向稳定性的下降。最终，这些改进措施被第三架 TF-102A 原型机采用，并成为此后所有 TF-102A 的标准构型。
TF-102A 的座舱布局
TF-102A 风挡隔框上的涡流发生器
尽管空军先后订购了 111 架 TF-102A，但最终只有 63 架该型机投产服役。大部分 TF-102A 都集中在第 4780 联队，用于训练防空司令部的截击机飞行员和战略空军 B-58 超音速轰炸机（也是康维尔公司研制）的飞行员。在使用中，除了速度不令人满意外，空军认为 TF-102A 还是能胜任其主要任务的。
