雷达与红外（下）制导的猎鹰
首架 F-106A（56-0451 号）于 1956 年末最终完成。1956 年 12 月 26 日在爱德华兹空军基地，康维尔公司试飞员理查德•约翰逊（Richard Johnson）驾机进行了首次飞行，他也是 F-102 处女航的飞行员。这次飞行由于一个小故障未能完成，造成试飞不得不流产的是涡轮引擎的周期性振动，还有气动减速板开启后无法关闭。因此，在首次试飞中没有达到超音速。紧接着第二架（56-0452 号）于 1957 年 2 月 26 日上天。它们安装的都是 YJ75-P-1 引擎。前两架飞机都没有装备 MA-1 系统，在机鼻中安装了配重补充缺失的重量。
F-106 的测试和发展工作被划分为六个阶段。阶段 1 由承包商负责，阶段 2 由空军负责。阶段 2 测试在 1957 年 5、6 月间进行。前 12 架下线的飞机专供在加利福尼亚州爱德华兹空军基地的测试。它们与原型机不同，安装的是 J75-P-9 引擎。早期测试达到了 M1.9 和 57,000 英尺（17,374 米），但这仍大大低于预期。另外，F-106A 的加速性明显低于康维尔的估计，从 M1 加速到 M1.7 耗时 270 秒，从 M1.7 加速到 M1.8 还要 150 秒。如此糟糕的加速性使人感觉 M1.7 以上的速度是毫无战术实用价值的。
速度和加速性问题：通过修改进气道整流罩和尾喷口解决了速度和加速性薄弱的问题。扩大了进气道捕获面积，进气道唇口变细。J75-P-9 发动机的可靠性仍然存在问题。最终它被推力更大的 J-75-P-17 替代，后者净推力有 17,200 磅（7,802 千克），加力推力有 24,500 磅（11,113 千克）。MA-1 火控系统和座舱设计仍有问题。控制杆最初占据传统的中央位置，但是后来在空军的坚决主张下被移到了边上，确保不对观看水平位置指示器形成阻碍。这种安排被证明不可行，后来控制杆被重新移回中间，并且安装了雷达和飞行控制的双手操纵手柄。右手柄用来控制飞行，左手柄用来操作雷达。两个手柄中间的一个按钮为飞行员提供对雷达天线的控制，左手柄上的另一个按钮使飞行员能够按照雷达屏显示的路径将瞄准光圈套在目标上。飞行员通过左控制台上的一个开关选择导弹，用右手柄上的扳机完成发射。
F-106A 的座舱仪表布局
早期的试验机上传统的圆形仪表板和竖条仪表板。前三个中队的 F-106A 安装的是圆形仪表盘，被称为综合仪表显示器（IID）的竖条仪表板从 58-0759 号开始成为标准配置。一些早期的飞机后来升级到了 IID，不过还有许多仍然没有安装。
最初的飞机和 F-102 一样拥有翼刀，不过生产型更换成了机翼前缘缝翼。为了接受飞行测试，前 12 架临时编号为 JF-106A。包括这前 12 架在内，共有 37 架飞机被用来进行飞行测试。
1957 年中期，F-106A 获得了“三角标枪”的绰号。
新泽西国警队的 F-106A
一开始，空军计划采购 1,000 架“三角标枪”，装备 40 个以上的防空司令部（ADC）中队。然而 F-106 项目的拖延和引擎与火控系统的问题使得有必要采购其他截击机作为权宜之计，比如麦克唐纳 F-101B“巫毒”，F-106 失去了自己的一些优先权。有一段时间还曾认真考虑过取消整个 F-106 项目，或者重新设计一种飞机作为远程截击机。尽管 F-106 幸免于难，资金短缺导致对 F-106A 采购数量的大幅削减。到 1958 年 9 月，F-106 的采购数量被裁减至原来的三成，只够装备 14 个中队和一个训练单位。结果只追加采购了 260 架 F-106A。由于大幅度裁减采购数量，1959 年 8 月做出决定将现有的 35 架 F-106A 测试机改成战备型（8-24 型），将它们转入截击机中队。1958 年 11 月，一架早期型 F-106A（57-0235 号）被送往加利福尼亚莫菲特的武器研究中心，对 MA-1 火控系统进行测试。
1959 年 5 月 30，第一架 F-106A 交付驻新泽西迈圭尔空军基地（McGuire AFB）的防空司令部 539 中队，替换 F-86L。不过第一个真正的战备中队是驻华盛顿的盖格空军基地（Geiger AFB）。这比最初的计划晚了五年，即使到这时仍有无数问题困扰着“三角标枪”，直到 1959 年 12 月 31 日才宣布完全满足战备要求。剩下的 13 个中队在 1960 年末换装 F-106A。
1959 年 12 月 15 日，约瑟夫•罗杰斯少校（Major Joseph Rogers）驾驶 56-467 号机，在 40,500 英尺的高度上创造了 1,526.96 英里/小时的绝对速度世界纪录，从而打破了高尔基•莫索洛夫于同年 10 月 31 日用苏制 Ye-6/3 飞机创造的 1,483.83 英里/小时的原纪录。
最初的战备部属被证明问题百出：发电机故障、燃料输送不足、寒冷天气下过于敏感，还有燃料燃烧启动器故障。1959 年 12 月，在飞行中发生座舱盖意外抛离的事故后，全部 F-106 被暂时停飞直到问题解决。
MA-1系统：MA-1 火控系统一开始相当不可靠，它在服役期间接受了大量改进以解决长期存在的各种问题。在“三角标枪”的漫长服役生涯中，总共对 MA-1 系统进行了超过 60 次升级。1960 年增加了远程探测设备和抗干扰电子设备，拥有使用角反射箔片、静默迫近，以及脉冲频率技术的能力。反箔片设备能够防止敌方对火控系统雷达的干扰。这项改进计划共涉及 314 架 F-106A，并于 1963 年末全部完成。
F-106A 与 SAGE 系统联合完成任务，后者通过休斯 MA-1 火控系统与 F-106 相连。它的工作流程是：首先测绘截击路径，然后自动瞄准目标，发射空空导弹，最后自动将 F-106 定位到正确的脱离路径上。实际上在大多数任务中，F-106 能够完全依靠电脑飞行，飞行只需要控制起飞、着陆或在自动控制系统出现故障时进行必要的干预。飞行测试一直持续到 1961 年初，结果每项测试都碰到了一堆麻烦，必须进行重大的工程更改。在改进后的飞机能够开始下线之前，每项更改都要进行详细说明、工程设计、评估和生产核准。库克-格雷吉生产政策只能使问题变得更糟，到 1960 年防空司令部拥有需多不同构型的 F-106，这使技术维护支持变成了一场恶梦。