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。
驻韩国乌山基地的 F-106A 机群，周围是一片冰天雪地，看来此时对寒冷天气的不适应已经被克服
逐步淘汰：从 1972 年开始，麦道 F-15“鹰”逐步开始替换“三角标枪”防空司令部所属中队。由于它们不再承担空军主要职责，F-106 被转到了空中国民警卫队。第一个接受 F-106 的空中国民警卫队单位是驻大瀑布城的蒙大拿州空中国民警卫队 186 中队，首批飞机于 1972 年 4 月3日移交。6 个空中国民警卫队单位使用 F-106 执行防空司令部的任务。最后一个装备“三角标枪”的空军中队是驻新泽西州大西洋城的 119 中队，1988 年 7 月 7 日该中队完成了最后一次警备任务。在空军完全放弃“三角标枪”后，空中国民警卫队仅仅继续使用了几个月。最后一个撤装 F-106 的也是 119 中队，1988 年 8 月它将自己最后一架飞机赠送给了 AMARC。
在漫长的服役期内，F-106 创造了美国空军历史上单发飞机最低事故率的记录。尽管如此，三角标枪 29 年的生涯中，总共 340 架飞机仍然有 112 架在坠毁和地面火灾中损失，其中包括 17 架双座型。
毁于火灾事故的 F-106B 59-0165 号机
F-106A 退出现役后被运往亚利桑那州的戴维斯-蒙桑空军基地接受封存。1982 年 1 月封存了第一架 F-106。隶属于驻大西洋城的新泽西空中国民警卫队 119 中队的最后三架 F-106 于 1988 年 8 月抵达戴维斯-蒙桑空军基地。
军用飞机的坟场——戴维斯-蒙桑空军基地
靶机：1986 年，一项合同被授予飞行系统公司，后来还有霍尼韦尔，合同要求将封存于亚利桑那州戴维斯-蒙桑空军基地的 196 架剩余的三角标枪改装成 QF-106A 靶机。这一项目被称为“步行者六号”（Pacer Six），于 1987 年7月完成了第一架靶机的改装。在首批 7 架 QF-106 于 1990 年改装完成后，大多数工作被转交美国空军。在飞机从航宇保存和重建中心（AMARC）库房中清理掉之前，完成了大量改装工作，余下的工作在伊利诺伊州东圣路易实施。1991 年末在新墨西哥的白沙导弹靶场，QF-106 作为全尺寸航空目标（FSAT）执行了任务，其后又在佛罗里达艾格林湾靶场执行任务，它们以霍洛曼（Holloman AFB）和廷德尔（Tyndall AFB）为基地。QF-106 的典型任务是作为红外制导导弹的目标。飞机在翼下挂架上安装有燃烧装置作为热追踪导弹的红外热源，但在实战中敌人肯定不会如此慷慨大方，这样只能使他们的飞机成为更好的靶子。不管怎么说，这项计划的目的是使 QF-106 在重复接战中得以生存，尽可能让每架靶机在被摧毁前维持足够长的时间。最后一次击落 QF-106（57-2524）是 1997 年 2 月 20 日，在霍洛曼空军基地（Holloman AFB）现在，QF-106 已经被 QF-4 靶机替代。
这张美术画由波音的概念艺术家史蒂夫•考克斯（Steve Cox）创作，收藏于波音工程模型试验室，编号 QF-106A AD-103， 72459 MTANG -04。远景中高速飞来的是 F-16 发射的一枚 AIM-9“响尾蛇”
月蚀计划：F-106 执行的最后一项任务是参与月蚀计划，这是美国空军和国家航空航天局的一项联合计划，用来论证以可重复使用运载火箭（RLV）向轨道运送载荷的概念。QF-106 59-130 号机由 NC-141A“运输星”（61-2775）用合成材料绳索牵引起飞。1997 年 12 月 20 日进行了首次飞行，1998 年 2 月 6 日完成了最后一次测试。在最后的测试中，一架波音 747 拖拽一枚称为 Astroliner 的可重复使用运载火箭飞到 45,000 英尺，在这一高度点燃火箭发动机进入轨道。1998 年 5 月 1 日，最后一架能飞行的 F-106 从爱德华兹空军基地飞往了 AMARC。