F-102A 的研制过程遭遇重重困难，从该机开始人们才认识到面积率的重要性
诺斯罗普提交了 F-89“蝎子”的先进改型，北美提交了 F-100“超佩刀”的全天候截击型，麦克唐纳提交了 F-101“巫毒”的一种改型。1954 年 6 月 USAF 认为麦克唐纳的方案最好。
在获得合同前，麦克唐纳研究了截击机的单双座布局和几种可供选择的动力装置，包括 GE J79、普惠 J57 和 J75、莱特 J67。1954 年 11 月决定采用双座布局和莱特 J67。J67 是莱特按许可证生产的英国布里斯托“奥林巴斯”涡喷发动机，最大加力推力 9,979 千克。该机采用休斯 MG-13 火控系统，是 F-89D E-6 系统的改进型，武器采用安装常规战斗部的休斯“猎鹰”导弹，没有内置机炮。
莱特 XJ67 涡喷发动机，是按许可证生产的布里斯托“奥林巴斯”
1955 年 2 月 25 日 USAF 做出截击型“巫毒”的研制决策，预计 1956 年中期首飞，1958 年初开始服役。1955 年 3 月 3 日签订了首批 28 架双座截击型的意向书，7 月 12 日签订了 1956 财年的正式合同，数量增加至 96 架。该机的编号最初定为 F-109，但 1955 年 8 月改为 F-101B，9 月全尺寸模型通过审核。
但是莱特 J67 发动机很快遭遇严重的研制困难，导致 F-101B 项目的延迟。麦克唐纳和空军都同意改用普惠 J57-P-55 发动机，J57-P-55 比单座“巫毒”的 J57-P-13 加长了 61 厘米，加长的加力燃烧室使最大推力从 6,804 千克力增加到 7,666 千克力。
J57-P-55 加长的加力燃烧室是区别于 RF/F-101A 所用 J57-P-13 的重要特征
F-101B 保留了 F/RF-101A 的中段和后段机身、机翼和尾翼，重新设计了前机身以容纳具有自动搜索和跟踪模式的 MG-13 火控系统以及串列双座座舱，飞行员在前，雷达操作官在后。该机没有机炮，只使用导弹，内油减少至 7,772 升以为电子设备和武器腾出地方。由于 F-101B 比单座型要重，所以加强了起落架并改用大直径机轮，起落架舱门突出以容纳大机轮。武器为 4 枚休斯 GAR-1 半主动雷达制导或 GAR-2 红外制导“猎鹰”空空导弹，挂载在机腹的旋转武器舱门两面，每面的凹槽内可以挂载两枚，在第一对导弹发射完毕后武器舱门翻转过来露出下一对。
F-101B 侧面剖视图
F-101B 奇葩的旋转式弹舱，一面是“猎鹰”空空导弹半埋式挂架，一面是“妖怪”核火箭挂架
“猎鹰”空空导弹发射时挂架向下伸出
麦克唐纳也设想过挂载 6 枚导弹的方案
双座“巫毒”首机（编号 NF-101B，序列号 56-232）在 1957 年 3 月 27 日首飞，比 1955 年初预计的时间晚了近 1 年。与可承受 7.33g 过载的生产型 F-101B 不同，NF-101B 的机身过载限制在了 6.33g。
首架 F-101B 56-232，注意还未安装 J57-P-55 发动机
接下来的两年里，约 50 架 F-101B 在正式服役前进行了广泛的试飞。I 类试飞在爱德华兹 AFB 进行，II 和 III 试飞分别在埃格林 AFB 和奥蒂斯 AFB 进行，1959 年 3 月 15 日试飞结束。
试飞暴露出了后座雷达操作官座位严重设计不良的问题，需做重大修改。休斯 MG-13 火控系统只是 F-89D E-6 系统的改进型，无法在 F-101B 这样的高速飞机上有效地控制武器，但如果改用 F-106A 的 MA-1 系统的话费用又会太高。麦克唐纳的唯一选择是改进 MA-13 系统的核心——中央大气数据计算机。
休斯 MG-13 火控系统的雷达
1959 年 1 月 5 日首架 F-101B 交付马萨诸塞州奥蒂斯 AFB 第 60 战斗截击机中队（FIS）。最终 F-101B 装备了 18 支防空中队（第 2、13、15、18、29、49、59、60、62、75、83、84、87、98、322、437、444 和 455FIS）。F-101B 还服役于第 4570 测试中队（TS）和第 4756 战斗机组训练中队（CCTS，后更名为第 2 战斗截击机训练中队—FITS），后两者都驻扎在佛罗里达州廷德尔 AFB，为防空司令部（ADC）进行作战适用性测试和训练。
