利剑换尖枪
康维尔对三角剑真正的改进，应当是 F-102B，它是从 1955 年开始、以公司代号 Model 8-24 为基础进入发展的。由于在动力装置、机载系统、气动外形、军械、特别是全天候火控系统方面都发生了很大的变化，所以空军很快决定以全新型号推出，它就是 F-106A，绰号“三角标枪”（Deltadart）。
YF-106A 原型机
同样作为一架单座的超音速截击战斗机，F-106A 的最大变革是采用了当时美国最先进的MA-1电子诱导、武器管制系统。它和全美地面半自动防空体系“赛琪”（Semi-Auto-matic Ground Environment）是联动的。而 MA-1 的基底是一台小型数字计算机。虽然 F-102 也配备同样的计算机，但 F-102A 只能在接收和破译了来自地面指挥站的诱导指令、并将它传输给机载自动控制系统 AFCS（Automatic Flight Control System）以后，飞机才能对目标进入全自动截击。而 F-106A 则可以在地面帮助下大致到达战斗空域以后，完全依靠自己携带的机载雷达捕捉到目标，并进一步自动实行追尾、瞄准，在最合适的位置选择和发射武器，进而完成安全脱离及返航操作。在这些作战程序的执行过程中，飞行员的工作只是监视仪表和设备的正常工作而已。
MA-1 在仪表板的下方安排了一个地图显示屏，可同时将我机坐标、敌机坐标、与友机的交会点、空中待机区、己方机场坐标、以及地面导航支援设备的位置都清楚地标示在上面。甚至能将禁飞区域（如己方的地空导弹作战空域）也标划出来。最有趣的是，还能够根据每一时刻的燃油储备量、画出可返回基地的飞行半径区域，以供飞行员决策时参考。而且 F-106A 在当时已经采用了相当先进的“综合显示仪表”（IIS），当时被叫作“飞行情报指示中央装置”，即把主要的飞行参数（如速度、马赫数、高度、升降率、）、飞行姿态显示（ADI）和方位显示（HSI）等等集中反映在一个纵向布局的新型仪表上，它的优点是可以同时并存“指针式”和“数值式”新旧两种表现方式，因此不仅简化了仪表布局、使飞行员的解读更加直观，而且误读的几率也大大降低。这样的综合显示功能，无论飞机处于全自动飞行还是全手动操作状态，都一样可以有效地保持。它也许就是 90 年代才推广的“座舱综合显示系统”的雏形吧！？
F-106A 的座舱布局和地图显示屏
F-106A 第一张来自空军的定单始于 1956 年的 4 月，而且从一开始就要求生产 17 架。同年 12 月 26 日首飞以后，在未携带武器的情况下，飞行性能已经能够满足军方的要求，所以空军马上又追加了 8 架生产型。这 25 架先期批产型大多被用于发展试验。
按照康维尔公司和军方的安排，F-106A 是和 F-102A 并行进行生产的。当然，对各部分的改进和修改（包括对机载设备的改良），F-106A 是伴随着批量生产同步进行的。一般而言，新机对飞机机体或设备进行重大的修改都贯彻在前两次最早期的小批量生产之中，但对 F-106A 的改进却发生在批量生产的全期之中，这在喷气式战斗机的开发史上也是较少见的。
1959 年 6 月，正式进入作战势态的第一支 F-106A 作战部队、战术空军第 539 截击中队成立。到 1961 年 6 月 20 日最后一架交付结束，战术空军 38 个截击机飞行中队中，已经有一半换装了 F-106A，总产量 277 架（国内飞机手册一说为 257 架，下同）。
F-106A 先后配备于美国战术空军的第 5、11、27、48、71、94、95、318、329、456、498、539 截击战斗飞行中队。在漫长的冷战年代里，没有出口，更没有实际的战斗经历和战果。目前早已退役。
超前拦截手
后期的 F-106A 换装了改良的 MA-1 火控系统、Weber 式超音速弹射救生座椅和纵列式布局新型主仪表板，公司及时将这些改动同样移植到最早的生产型上。对飞机的其他改进还包括改善了低空飞行品质、增加了电子对抗功能、加装了红外搜索和追踪器材和空中加油设备等等。
F-106A 的导航方式可谓是“丰富多彩”：利用雷达，能够实施所谓的“地文导航”。也可利用机载自动方向探测器（ADF）、全球“塔康系统”（TACAN）或“伏尔系统”（VOR）实现导航。当然更可以依靠地面发送的数据链进行自主导航。F-106A 的着陆依靠仪表着陆引导装置（ILS）……。因此美军曾自豪地说过，F-106A 可以在任何恶劣的天候下完成全自动拦截作战。而飞行员必须要做的事只是在起飞或着陆的末阶段“动动你的手和脑”，当然，这并不意味着其他飞行时间里你可以看报纸或打盹。
F-106A 的唯一改型是双座的战斗教练型 F-106B。空军于 1957 年 6 月向康维尔公司定货，其一号机首飞于 1958 年的 4 月 9 日。具体改动只是在原飞行员座舱的后面加装一个教员座舱，当然还需要增加一套复式操纵系统。这和并列双座的教练机 TF-102A 不同，TF-102A 实际上很难作为截击机来使用，而仍然搭载 MA-1 火控系统的 F-106B 则完全可以作为截击机来使用，而且纵列式座舱使前座飞行员在正式参加战斗时可以和单座的 F-106A 几乎一样方便地实施操作。虽然因为增加了后座使燃油容量减少并影响到飞机的续航性能，但其他飞行性能基本不变。F-106B 可以携带同样数量的导弹投入导弹攻击训练或正式参战。
进行仪表飞行训练的 F-106B
F-106B 战斗教练型共生产了 46 架（国内一说为 63 架），空军为每一个 F-106A 中队配备数架这种飞机。所以，F-106A 型加上 B 型的总产量为 323 架（国内一说为 320 架）。