“闪电”动力系统示意图，下方发动机的尾喷管长度之长恐怕是战斗机之最了
“红头”导弹最初被命名为“火光 4”。这两种导弹极为相似，但“红头”导弹有一个圆形的热寻的导引头而不是“火光”上的那种锥形弹头。而且“红头”的气动舵面也进行了大量的改进，尽管两种导弹总的气动布局没有大的变化。新的“红头”导弹射程更远、速度更快、抗电磁干扰的能力更强。但是经过改进的导引头仍然只具备有限的“全向攻击”能力，这种能力通过能够捕获飞机高速飞行时的气动加热得以体现出来。“红头”导弹被要求能够适应迎头截击的要求，因为老式的“火光”只能进行后半球攻击。实际上，大多数 F.3 仍然挂载了一段时间的“火光”，因为“红头”导弹最初的可靠性实在不能令人满意。作为内部武器的“阿登”航炮被从 F.3 上取消掉了。
“红头”红外空空导弹
罗尔斯•罗伊斯公司生产的“埃文”301（RB.146）发动机被装备到新飞机上，它能为“闪电”提供 58.86 千牛的最大净推力和 72.77 千牛的加力推力。新发动机不仅仅是更为强劲，而且对于外界气流和油门操作的适应能力也更强，这使得飞行员在飞行时不必太担心发动机方面的问题。F.3 还将垂尾改进为新的梯形垂尾，面积也增大了 15% 以补偿由于挂载空空导弹而造成的偏航性能下降。
从 F.2 到 F.3，垂尾的变化是最大的
F.3 被认为是终极“闪电”，但实际上它相对于 F.2 的改进并不多。BAC 建议对 F.3 进行大范围的其他改进，但是皇家空军只愿意对其进行最低程度的升级，因为该机仍被认为只是一种过渡型号。皇家空军甚至拒绝购买完整的由弗伦提、Elliot 和 BAC 联合开发的自动截击系统，丝毫也不考虑这一系统已完全实用化并已在 P.1B 上完成了测试，并且价格仅仅只有 140 万英镑。这使得“闪电”成了一种“载人导弹”，只能完成一些简单截击任务。
111 中队的 F.3，由于取消了机炮，机鼻上方也没有机炮开口
事实是皇家空军的算盘打得并不精，因为“闪电”一旦在第一次进入中丢失了目标，它几乎没有足够的燃油来进行第二次尝试，除非它得到空中加油机的支援。而一旦进行空中加油，则会给入侵者足够的时间抵达目标然后从容撤退。此外，尽管 F.3 经过强化的主翼能够在其上翼面挂点挂载转场用的 1,182 升副油箱，但是同自动截击系统一样，皇家空军也不太愿意为了油箱而往外掏英镑。
第 3 架 F.2 XN725 作为 F.3 的原型机测试了包括翼上副油箱在内的诸多改进，副油箱最终使用在了 F.6 上
戏剧性的是，当时那种认为有人驾驶战斗机将在短期内被导弹取代的思想开始变得不太现实。那些觉得空军需要改进有人驾驶战斗机的皇家空军官员开始粘着他们的头头脑脑谨慎的要求满足空军在战斗机方面的缺口并游说到底。然而，此事的结果是“闪电”面临着各种新型有人驾驶战斗机的挑战，特别是霍克公司的 P.1154 马赫数 2 级别的垂直起降战斗机。
霍克公司的 P.1154
F.3 在 1964 年开始进入皇家空军服役。不计由 P.1B 改装而来的原型机和一架由 F.2 升级而来的 F.3，总计生产了 70 架 F.3。该型“闪电”总共装备了皇家空军的 4 个中队。老式的 F.1 和 F.1A 在 1960 年代中期相继退出一线单位，但这批飞机仍继续承担了十来年的训练和别的二线任务，其中许多飞机装上了雷达信号倍增器作为雷达的目标。在某些任务中，这些飞机拆掉了一些不必要的设备，成了真正的“改装车”。
F.3A 与 F.6
F.3 实际上在增大航程方面做出的努力并不够。因此，在 1963 年 BAC 开始进行“F.3A”或者叫做“F.3 增程飞机（F.3ERA）”。该机最主要的特点就是更大更长的机腹油箱，这使得飞机看上去就像一名孕妇。油箱可以在地面上拆卸，但在飞行中不可抛。大型的腹部油箱实际上早在几年前就在 P.1B 上出现过。而且该机的腹鳍是两片而不是早期型“闪电”的一片。
F3A XP697，注意加大尺码的机腹油箱
F.3A 还采用了新型的带下垂前缘和锥度扭转的双后掠机翼，获得了更好的低速操纵性能。锥度扭转机翼早在 1957 年就在 P.1A 上进行了验证，现在终于派上了用场。由于“埃文”301 发动机在 F.2/3 上的出色表现使得它在改型计划中得以保留。
新机翼具有双后掠角度，是较明显的识别特征
1964 年 4 月 17 日，新型的 F.3A 进行了首飞。F.3A 并没有专门制造的原型机，而是用试验基地的一架 F.2 改装而来的。总共制造了 16 架新的 F.3A。然后将 14 架其他型号的“闪电”升级为 F.3A，其中包括尚未向皇家空军交付的 12 架 F.3。此外，还有一架 F.2 在生产线上直接升级为 F.3A，另一架 F.2 则在刚完成 F.3 标准的升级后又立即升级为 F.3A。
接下来，生产线转而生产进一步改进的型号。该型号能够携带翼上副油箱并对航电进行了升级，这就是“闪电”F.6。该改型于 1965 年 6 月 16 日在吉米•戴尔（Jimmy Dell）的驾驶下完成了首飞。
总计有 36 架生产型的F.6被生产出来。F.6 也没有专门生产原型机，因为它仅仅是 F.3A 的简单生产标准变更。F.3A 则因此重新被命名为“过渡型 F.6”，但除了一架 F.3A 以外，所有的该型机均被升级为 F.6。此外，还有 3 架 F.3 在交付皇家空军以前也被改装为 F.6。