从越南归来后，多数 USAF 的 F-100D 转入 ANG 服役。实际上 ANG 在 1969 年就获得了首批 F-100D，爱荷华州 ANG 第 174 战术战斗机中队成为首个装备 F-100D 的单位。但是由于越南战争的需求，USAF 推迟了向 ANG 移交 F-100D，所以直到 1970 年中期，ANG 仍然只拥有 20 架 F-100D。随着 F-100 从越南的撤出，向 ANG 的移交工作开始加速，到了 1972 年中期，ANG 已经拥有了 335 架 F-100D。
F-100D 服役于下列 ANG 中队：
第 152 战斗截击机中队，亚历桑那州 ANG
第 188 战斗截击机中队，新墨西哥州 ANG
第 110 战斗截击机中队，密苏里州 ANG
第 118 战斗截击机中队，康涅狄格州 ANG
第 119 战斗截击机中队，新泽西州 ANG
第 120 战斗截击机中队，科罗拉多州 ANG
第 121 战斗截击机中队，哥伦比亚特区 ANG
第 127 战斗截击机中队，堪萨斯州 ANG
第 136 战斗截击机中队，纽约 ANG
第 166 战斗截击机中队，俄亥俄州 ANG
第 174 战斗截击机中队，爱荷华州 ANG
第 181 战术战斗机大队，印地安那州 ANG
最后一架 F-100D 于 1979 年从 ANG 退役。
1964 年初，空军雷鸟飞行表演队使用共和 F-105 雷公替换 F-100C，后来发现这是一个错误。在 5 月的一次 F-105 重大飞行事故后，USAF 决定为雷鸟重新装备 8 架经过飞行表演的 F-100D。雷鸟从 1964 年 7 月起开始操作 F-100D 直到 1968 年 11 月，此后换装 F-4E 鬼怪。
雷鸟的 F-100D
1967 年 10 月 21 日，雷鸟在德克萨斯州劳林（Laughlin）空军基地飞行表演，梅里尔.A. 麦克皮克（Merrill A. McPeak）上尉驾驶 F-100D（55-3520）进行单机表演时突然解体，幸运的是飞行员安全弹射。由于金属疲劳导致的一系列机翼裂纹最终酿成这场惨剧，雷鸟临时停飞其余的 F-100，并对机翼进行加固。在越南，相同原因也造成了一些损失，整个 F-100D 机队被限制做大于 4G 的机动，直到所有飞机的机翼箱形结构得到完全的修理，但是直到 1969 年这些维修工作还未全部完成。
F-100D 的安全记录远低于期望，1956 年中期到 1970 年中期，在事故中损失了超过 500 架飞机——这远大于越南战场损失的数量。其中许多事故是由于飞行员失误造成的，但如果你在 F-100 上犯了错误，将不会得到宽恕，在着陆时的失误是致命的，压缩机失速也是一个大问题，如果飞行员试图迅速推动油门，那么压缩机失速就会接踵而至。
F-100D 56-3440 储存在马里兰州的史密森学会（Smithsonian Institution）的保罗.E.盖博（Paul E. Garber）仓库中。
一架雷鸟涂装的 F-100D 在俄亥俄州莱特-帕特森空军基地的 USAF 博物馆展出。
F-100D 性能规格表：
发动机：一具普拉特&惠特尼 J57-P-21/21A 涡轮喷气发动机，最大推力 4,626.91 千克，加力推力 7,257.90 千克。
尺寸：翼展 11.82 米，全长 15.24 米，全高 4.95 米，翼面积 37.22 平方米。
性能：最大速度 1,238.93 公里/小时（海平面，无外挂），1,390.18 公里/小时（1.3M，10,972.80 米，无外挂）。初始爬升率 5,791.20 米/分，到达 10,668 米高度耗时 2.3 分。实用升限,11,003.28 米，作战升限 14,538.96 米，极限升限 15,240 米。正常航程 859.21 公里，最大航程 3,209.96 公里。内部燃料总容量 6,582.12 升，挂载副油箱后总容量 8,096.12 升。空重 9,525.99 千克，正常起飞重量 13,085.54 千克，最大起飞重量 15,845.81 千克。
军械：4 门 20 毫米庞蒂亚克 M-39 机炮，翼下 6 个挂架，共可挂载 3,193.48 千克载荷。可以挂载常规炸弹、副油箱、火箭弹，后期型可挂载一枚 MK-28 或 Mk-43/57/61 核弹，及 4 枚 AIM-9B/E/J 响尾蛇导弹。
ZEL F-100
1950 年代中期，北约组织的官员担心苏联的核弹突袭可能摧毁盟军机场和停放于地面的飞机，使北约无力报复。其中一个解决方法是将战斗机疏散进远离机场并且具有核防护能力的掩体中，核打击过后，这些飞机可以在一个特制支架上通过火箭助推起飞，这个概念就是零距离发射——ZEL，Zero-Length Launch。
发射架上的 F-100D
1956 年 10 月 12 日，北美航空获得合约，使最后一批 148 架 F-100D 具有 ZEL 能力。USAF借给北美两架 F-100D（56-2904 和 56-2947），进行 ZEL 的系统测试。
北美航空的火箭推进分部研制了一种固体火箭发动机，可以安装 F-100D 后机身底部。该发动机可以产生 58,970.44 千克的推力并持续四秒，足够使 F-100D 在 4 秒内速度从 0 加速到 482.70 公里/小时。火箭发动机在燃料耗尽后脱落，超配刀凭借自身动力继续爬升。
在进行实机发射前，先进行了 5 次配重发射，其中首次发射于 1957 年 12 月 12 日进行。
1958 年 3 月 26 日，进行了首次 F-100D 实机发射。试飞员阿尔.布莱克本（Al Blackburn）爬入 56-2904，启动发动机，将油门置于全加力状态，然后点燃了火箭发动机。在 4 秒内，他加速到 482.70 公里/小时飞向天空，火箭发动机脱落后，布莱克本进入了标准起落航线安全着陆。