1952 年 6 月 23 日，USAF 核准了设计改动，但要求北美航空考虑安装外部武器挂架，并使用非自封油箱代替现有的自封软体油箱以减轻 181.45 千克重量。
在最后的设计阶段，北美航空的工程师为减少阻力和增加发动机推力作出了数项改动，首先是改用具有锐利边缘的进气期唇口，并将机鼻加长 22.86 厘米，可以改善进气流场并在超音速状态下向发动机输送更高密度的空气；另外将平尾和垂尾的厚度/弦长比减小到 0.035，进一步减小阻力，但是后者没有来得及应用在两架原型机上。所有的改动于 1952 年 8 月 26 日被空军核准。此时 USAF 还增订了 250 架 F-100A。
由于设计的改动，YF-100 的型号也递增为 YF-100A。YF-100A 的主翼厚度/弦长比为 0.082，比 F-86 的 0.1 降低了许多，此外在机翼前缘还安装了具有翼剖面的前缘缝翼，使得机翼的厚度/弦长比进一步降到了 0.07。副翼安装在机翼后缘的内侧而不是传统的外侧，以减少高速时副翼偏转造成的主翼扭曲。由于 YF-100A 没有襟翼，作为补偿，前缘缝翼可以根据受到的气动力在低速时自动沿着导轨向前伸出并呈略微下倾状，与主翼之间的间隙可以加快流经机翼上表面的气流速度，增加起降时的升力，并可以避免机翼抖振、增进近失速时的横向控制、并且能做出更小的转弯动作。
YF-100A 的机腹安装有一片可收放的减速板，垂尾高而后掠，厚度很薄。主起落架向内收起在机身内，双轮前起落架向后收入。机翼内没有设置油箱，所有内部燃料都容纳在 5 个非自封软体油箱内，总容量 2,838.75 升，此外翼下挂架还可以挂载两个容量为 1,040.88 升的副油箱。
F-100 在初始设计中就考虑到要采用耐热钛材料，这也是在飞机制造中首次大量钛合金。事实上，北美在生产超佩刀的过程中消耗了美国钛年产量的 80%，这种比率一直持续到 1954 年。钛是一种强度极高并且很轻的金属，比铝更耐热，但是具有脆性并且难于加工，大量使用钛材料使超配刀成本直线上升。
四门 T-160（后改为 M39）加农炮，对称安装于座舱下方机身的两侧，每门带弹 275 发。座舱内安装一具 A-4 测距瞄准具，可以自动计算弹着点，测距信息由安装在进气口上方电介质面板后的炮瞄雷达提供。
YF-100A 的动力装置是普惠的 J57-P-7，额定推力 4,232.26 千克，最大加力推力 6,713.58 千克。但在实际使用中发动机没有被调校到可以达到全功率的状态，最大推力没有达到以上数字。1952 年 8 月 26 日，USAF 将 F-100A 的定购数量增加到 273 架，另加一架静力试验机。
YF-100A 52-5754
在第一架 YF-100A 接近完工时，空军认识到仅凭两架原型机不足以完成试飞工作，于是决定将首批 10 架 F-100A 都作为试验用机。
1953 年 4 月 24 日，首架 YF-100A（52-5754）终于出厂，并在高度保密的情况下，从北美洛杉矶工厂转移到爱德华兹（Edwards）空军基地。北美公司试飞员乔治.S.韦尔奇（George S. Welch）在 1953 年 5 月 25 日驾机作了处女航，并在这次飞行突破音速。7 月 6 日，YF-100A 在一次从 15,545 米高空开始的俯冲中达到了 1.44 马赫的速度，创下了新的速度纪录。
YF-100A 52-5754 在爱德华兹空军基地上空
在初期的试飞中 YF-100A 遭遇到了方向舵颤振的问题，安装了方向舵液压阻尼器后解决。USAF 试飞员飞过 YF-100A 后认为其性能比空军现有的战斗机都优越，但是也发现了有可能影响飞机服役进度的若干严重缺陷：起降时前向视野很差；高速平飞时纵向稳定性不足；低速操纵性差，并有偏航和颠簸失速的倾向；左翼挂架投放失灵；在没开加力的情况下爬升速度太慢，到达 12,192 米高度要耗时 16 分钟；接地速度太大造成着陆困难。
完成首飞的 YF-100A 着陆在跑道上，注意进气口上方的长空速管，下方的短空速管，与上两张图片中正好相反
1953 年 9 月 15 日第二阶段试飞工作完成，YF-100A 已经完成了 39 次飞行，总时数 19 小时 42 分钟。
1953 年 10 月 14 日，第二架 YF-100A（52-5755）首飞。
YF-100A 飞行仰视图，具有标志性的 45 度后掠翼
为了炫耀新式战机，USAF 决定使用 YF-100A 原型机来打破速度纪录。当时的直线速度纪录是道格拉斯 XF4D-1天光（Skyray）创造的 1,212.22 公里/小时，需要在一段 3 公里直线航线上从两端通过两次，计算平均成绩。超配刀的速度必须要超过原纪录百分之一以上，才能承认为新纪录，这就意味着 3 公里航线的平均时速至少达到 1,224.29 公里。弗兰克 K. （皮特）埃佛勒斯（Frank K. (Pete) Everest）中校被选中进行破纪录飞行。他的第一次尝试在萨尔顿海（Salton Sea——美国加州东南部帝王谷（Kings Ganyon）中的一个盐湖，1905 年以前一直被称为萨尔顿灰岩坑，是被盐覆盖的低地，1905 年科罗拉多河的洪水形成了此湖）上空展开，埃佛勒斯中校驾驶 YF-100A（54-5754）在 3 公里航线上空进行了 4 次穿越，平均时速 1,219.22 公里，比天光快但并未超出百分之一，因此未被承认。在首次尝试受挫后，YF-100A 又转向打破 15 公里航线的速度纪录，这里没有“百分之一”的限制，根据国际航联（FAI）的规则，任一航向上的最快速度都可被计为正式的世界纪录。1953 年 10 月 29 日，埃佛勒斯中校以 1,215.03 公里/小时的平均速度创造了新的世界速度纪录。在整个破纪录飞行中，埃佛勒斯中校驾机始终保持离地高度 30 米，这也是航空史上最后一个在低空创造的纪录。