第四架 F-100A（序列号 52-5759）被作为 F-100C 的原型机并加以改装，延长翼尖。由于在一个已经完成的机体上换装“湿”机翼十分困难，52-5759 保留了“干”机翼，并于 1954 年 7 月 26 日首飞，后来又改装高垂尾。
F-100C 甩投核弹
F-100C 的机翼结构中增加到了6个承力点，用于安装可拆卸挂架，可挂载包括副油箱、凝固汽油弹、通用炸弹、机载高速火箭，“特殊载荷”——MK-7 核弹，载弹量 2,268.09 千克。另外机翼结构进行了局部加强以承受武器释放时带来的突然冲击。
这架 F-100C-1-NA 左翼下挂载核弹模拟弹进行训练
为了适应载油的“湿”机翼，机翼的整体管线系统必须重新分配，在蒙皮与框架的螺钉接合处都注射密封材料防止泄露。在最终的设计中，F-100C 的“湿”机翼可以容纳 1,707.04 升燃料，使内部载油量从 F-100A 的 2,816.04 升增加到 6,063.57 升。
F-100C 具备单点式压力加油口，比起 F-100A 的重力加油方式来是一大进步，安装在机翼上的可拆卸空中受油管使 F-100C 具备了空中加油能力。
第一架生产型的 F-100C（53-1709）于 1954 年 10 月 19 日下线，由于此时所有 F-100A 都在停飞中等待解决垂尾问题，所以这架飞机被 USAF 有条件的接收。1955 年 1 月 17 日，北美试飞员乔治.霍斯金斯（George Hoskins）驾机首飞。这架飞机具有 F-100A 早期型的短垂尾，后改装高垂尾。
1954 年 5 月 27 日，USAF 将 F-100C 的订购总数增加到 564 架，是最初的两倍多，但在 9 月 27 日又重新修订了合同，将最后的 224 架改为 F-100D。
F-100C 是超佩刀的第 2 个生产型号，外观上与 F-100A 相差甚小
1954 年 10 月 11 日，北美在俄亥俄州哥伦布市（Columbus）工厂成为超配刀的第二个生产基地，哥伦布厂生产的 F-100C 的公司型号为 NA-222。为了与加州工厂生产的飞机进行区别，方便后勤维护，空军规定 F-100C 型号后增加后缀，哥伦布厂是“NH”，加州厂是“NA”。哥伦布厂只生产过 25 架 F-100C，后来就转产 221 架 F-100D 了。1955 年 9 月 8 日，哥伦布厂生产的第一架 F-100C（55-2709）首飞。
除了通常的 1,040.88 升副油箱外，还为 F-100C 准备了 757 升的副油箱。但是在同时挂载两个 1,040.88 升（机翼内侧）和两个 757 升（机翼外侧）副油箱时会出现纵向稳定性问题，在高速巡航时尤为严重。安装通常的思路，唯一的解决之道就是继续增大垂尾面积，但是这不仅昂贵，而且耗时，最终使用一种 1,703.25 升的副油箱同时取代 1,040.88 升和 757 升的油箱，但是这种巨大的副油箱成本太高且极少使用，所以最后换成了折衷的 1,267.98 升副油箱。
翼下挂满炸弹的 F-100C，注意空中受油管
F-100C 自 1955 年 4 月起交付战术空军司令部。德克萨斯州福斯特（Foster）空军基地的第 450 昼间战斗机中队成为首个装备 F-100C 的单位，并于 1955 年 7 月 14 日具备作战能力。1956 底，F-100C 进入驻扎在日本的第五空军第 8 战斗轰炸机大队服役。
首批 F-100C 中有少数安装 J57-P-7 发动机，额定推力 4,400.10 千克，加力推力 6,713.56 千克。多数 F-100C（一直到第 101 架）的动力装置是 J57-P-7 的改进型 J57-P-21，-21 型额定推力 4,626.91 千克，加力推力 7,257.90 千克，并且在高空能提供更大的推力，使 F-100C 最大时速增加约 64.36 公里，爬升至 10,668 米耗时减少 10%。
F-100C 的较严重的问题之一与 F-100A 相同：在高速时有偏航并进入无控滚转的倾向。从第 146 架 F-100C 开始，引入了偏航阻尼器。这一改进似乎有助于减轻这一个问题，所以先出厂的 F-100C 都进行了此项改装。
从第 301 架 F-100C 起，俯仰阻尼器被加入到平尾控制系统中，这将帮助衰减超配刀的纵向振荡。
为了解决 J57 发动机压缩机失速的问题，在发动机内部安装减压阀以避免出现气体堆积现象。
1955 年 8 月 20 日，贺瑞斯.A.汉斯（Horace A. Hanes）上校驾驶 F-100C 创造了新的世界速度纪录。他在莫哈韦（Mojave）沙漠上空 12,192 米高空的一段 15-25km 航线上来回跑两次，平均时速 1,322.82 公里，成为航空史上的首个超音速世界纪录，也是首个在高空创造的的纪录，以往的纪录都是在超低空创造的。
1955 年 9 月 4 日，卡洛斯. 塔尔博特（Carlos Talbott）上校驾驶 F-100C 横越美国东西海岸，平均时速 982.66 公里，总里程 3,740.93 公里。由于这个壮举，卡洛斯. 塔尔博特上校被授予邦迪克斯（Bendix）奖杯（文森特.邦迪克斯（Vincent Bendix）为横越美国大陆的飞行竞赛设立的奖杯）。
F-100C 生产总数为 476 架，最后一架于 1956 年 7 月交付。
曾有超过 150 架 F-100C 部署在欧洲，主要基地在德国的比特堡（Bitburg）、福斯滕费尔德布鲁克（Furstenfeldbruck）、兰德斯吐尔（Landstuhl）、以及西部的哈恩（Hahn），另外还部署在了摩洛哥和荷兰。
USAF 的 F-100C 服役生涯也很短暂，迅速被 F-100D 替代。退出一线后的 F-100C 转交给 ANG，1959 年中期 ANG 的第一个中队开始装备 F-100C。空军剩余的 F-100C 在 1950 年代末大多用于训练任务。