第二架原型机 F-106A 56-0452 在完成试飞后接地
但其它问题仍接踵而来。先是 J75-P-9 可靠性不佳，最后换装推力更大的改进型 J75-P-17。接下来，装机试飞的 MA-1 又出问题。连座舱布局也带来一堆麻烦。本来 F-106A 的座舱是传统设计，采用中央操纵杆。但空军认为操纵杆阻碍了飞行员观察地平仪的视线，坚持要将操纵杆移到右侧——即类似当 今F-16 的设计，但 F-16 的力敏感式操纵杆远非那个年代的机械－液压操纵杆可比，结果空军发现这种方案根本不可行，不得不改回原来设计。
YF-106A 座舱仪表布局
安装了 MA-1 火控系统的 YF-106A 增加了雷达显示器
最初 F-106A 仍采用 F-102A 的翼刀设计以解决翼尖气流分离问题，但为了找出更好的解决方法，这一批 12 架原型机被改装用于相关试验，其代号也暂时改为 JF-106A。最终，F-106 系列改用了效果更好的前缘开缝设计。
前缘开缝的作用类似于锯齿，“幻影”III 也是这种设计
1957 年，F-106A 获得了它的正式绰号——“三角标枪”。但时移事易，此时形势早已不是“截击机 1954”计划展开的时候了，由于 F-102A 和道格拉斯 F-101B 相继服役，防空司令部对截击机的需求不再那么迫切。空军原本计划采购多达 1,000 架 F-106，装备 40 个防空司令部所属中队，现在显然已经不必了。加上 F-106A 在火控和发动机进度上严重滞后，使之不再成为空军的优先发展项目。甚至有段时间，空军开始考虑是否要取消整个 F-106 发展计划，或者将其重新设计为一种远程截击机。尽管最后 F-106 躲过了下马的厄运，但计划经费却严重不足，最后不得不大量削减采购数量。到 1958 年 9 月，F-106 的订购数量急剧跌落到 260 架，只够装备 14 个一线中队和 1 个训练单位。由于数量砍得太多，空军不得不于 1959 年 8 月作出决定，将已有的 35 架试验用 F-106A 恢复到作战状态，重新编入截击机中队，以弥补数量的不足。
早期批次的 F-106A
1959 年 5 月 30 日，驻新泽西州麦克盖瑞空军基地的防空司令部所属第 539 战斗截击机中队开始接收第一批 F-106A，取代过时的 F-86L。不过，第一支形成初始作战能力的部队却是驻华盛顿州吉戈尔空军基地的第 498 中队。但此时距当初的计划已经晚了 5 年，同时持续不断的故障也严重阻碍了 F-106 部队战斗力的形成，直至 1959 年 10 月 31 日 F-106 部队才具备完整的作战能力。
1959 年 12 月 15 日，编号 56-467 的 F-106A 在约瑟夫•W•罗杰少校操纵下，创造了 40,500 英尺 1,525.96 英里/时的速度纪录，打破了苏联飞行员马索洛甫刚刚于 10 月 31 日驾驶 E-6/3 创造的 1,488.83 英里/时的纪录。
F-106A 三面图
和 F-102 一样，F-106 系列也有双座教练型，即 F-106B（公司代号 8-27 型）。该机原本设计作为一种纯粹的教练机，并定名后 TF-102B。后来由于 F-102B 改称 F-106A，该机也随之改为 F-106B。空军于 1956 年 8 月 3 日订购 63 架 F-106B 教练型，但到了月底，空军决定给 F-106B 增加全部作战能力。
首架 F-106B 原型机 57-2507
为了避免 TF-102A 并列双座布局出现的问题，F-106B 采用了串列双座形式。座舱盖采用单片式结构，整体向后向上开启。为了容纳教员位置，取消了一个机身油箱，并将部分电子设备移到武器舱，从而使得 F-106B 的载油量有所减少，但翼下挂点保持不变。该机火控系统采用休斯 AN-ASQ-25 型，相当于 F-106A 的 MA-1，具有同样的武器挂载使用能力，即武器舱中的 4 枚“超猎鹰”系列导弹和1枚“阻尼”核火箭弹。
F-106B 保留了单座型的全部作战能力
在 F-106A 的第三批订单中，就包括了 F-106B，但该机的订单直到 1957 年 6 月 3 日才最终定案。第一架 F-106B 原型机（57-2507）仍于 1958 年 4 月 9 日完成首飞。首批 8 架原型机全部被命名为 JF-106B，用于试飞工作。1959 年 2 月，第一架生产型 F-106B 交付美国空军。但和 F-106A 一样，F-106B 服役之初也是问题不断，直到 1960 年 7 月才形成完整的作战能力。
1960 年 12 月，最后一架 F-106B 交付，生产线关闭。其最后的型号为 8-32 型，具有改进的 MA-1 火控系统、康维尔自己研制的 B 型超音速弹射座椅、先进的仪表显示系统、29 型改进翼型。
