同样是在1959年2月份，北美公司宣布成功地完成了F-108截击机全尺寸模型的制造。在三周多的时间里，70多位空军和非军方人士仔细观摩了“轻剑”的全尺寸模型，并提出了相关的意见和建议。
“全尺寸模型给了空军一个对‘轻剑’的三维立体外观进行仔细探查的机会”，北美公司的F-108武器系统项目经理赫斯顿•彻尔瑞（Heston Cherry）在1959年时这样解释道。“全尺寸模型的各项规格和实际的飞机是一样大的，全尺寸模型的制作是飞机的试飞项目可以开始前的一个必不可少的步骤。”
到1959年的5月份，美国空军已经开始公开向大众描述其关于未来的防空系统将如何运作的构想了。美国空军负责研发工作的副总参谋长罗斯科•C•威尔逊中将（Lt. Gen. Roscoe C. Wilson）声称，F-108截击机和“波马克”（Bomarc）地对空导弹将会“协同作战，这一对组合能够让我们的防空系统在非常远的地方就摧毁敌人的轰炸机，而且远在敌人的轰炸机能够飞抵其目标并投弹之前。而且不论是F-108还是‘波马克’都拥有高度的升级潜力，从而使我们能够非常有效地对付采用吸气式发动机的巡航导弹。”不仅如此，F-108截击机还“展现出了变身为一架战术性的战斗轰炸机的巨大潜力，可以用于发生在海外的有限冲突中。” 威尔逊中将说道。
F-108“轻剑”截击机的全尺寸模型
F-108全尺寸模型的前后座舱设计
F-108的造型非常美观——优美干净的空气动力学设计充满了未来感。在结构设计阶段，有一段时间工程师们曾考虑要放大机体的基本设计，以容纳更多的内部燃油，而不是采用外挂副油箱。尽管如此，工程师们最终还是得出结论说，较小的机体在制造时成本较低，而且更容易维护和操纵。在执行某些任务时，F-108仍然可以选择挂载可在超音速条件下抛掉的副油箱——这些副油箱会在飞机进行高马赫数飞行之前被抛掉。
经过了多次反复之后，F-108的翼展被固定在了57.5英尺（17.526米）。机翼的后掠角为58度，到了较短的翼梢部分则缩小为32度——这使得F-108的机翼构型为箭形三角翼。F-108的机身长度为89英尺（约27.13米），比今天的F-15长25英尺（7.62米），采用单个22.1英尺（约6.74米）高的垂直尾翼。F-108的最大起飞重量约为102,000磅（约46.3吨）。
YF-108的试飞项目需要两名乘员来共同完成——1位飞行员和1位武器系统军官，他们一前一后地串列坐在驾驶舱中，且都拥有各自的可在高速下弹射的“蚌壳型”两半式逃生舱。不论是双发的F-108还是采用了六台发动机的XB-70都安装有结构独特的可调式进气道。此后不久，一款与F-108类似的可调式进气道结构出现在了美国海军的RA-5C“民团团员”侦察/攻击机上，这使得该机能够飞到2倍音速。苏联研发的用来对抗B-70轰炸机的米格-25“狐蝠”战斗机也采用了一种类似的进气道设计。
北美公司研发的可在高速下弹射的“蚌壳型”两半式乘员逃生舱，该逃生舱可以让机组乘员在身穿抗荷服的情况下使用
对F-108来讲，采用两台发动机被认为是一种必要的安全措施，因为F-108预计的作战地点是在北极地区上空，而且需要在海面上作远距离的巡逻。另外，“轻剑”还将用机载电子设备填补远程预警雷达链（Distant Early Warning Line，缩写为DEW Line）的空白。该机能够被前出部署，其起飞需要的跑道长度为6,000英尺（1828.8米）。由于那时人们认为反推装置比减速伞更有效，因此在后来的设计过程中反推装置被加了进去。尽管这使得飞机额外增加了接近700磅（约318千克）的质量，但飞机在结冰或被雪覆盖的跑道上的操纵性能却得到了极大的提升。
J93-GE-3AR发动机模型以及其反推装置
飞机降落后，喷气式飞机的刹车制动系统通常会变得过热，这会给地勤人员造成不小的危险。尽管如此，“轻剑”的设计思想却是降落后在极短的时间内就完成加油和重新挂弹。为此，北美公司的工程师们研发出了耐用的钢制栊柙，用以在飞机降落后将其围绕在飞机起落架轮胎的周围。倘若发生了起落架轮胎因为刹车制动系统过热而爆裂的事故，钢制栊柙就会将轮胎和爆裂的橡胶碎片“约束”在内，从而降低了地勤人员所要经受的风险。在全尺寸模型审查阶段，这一设计特征曾引发了大量的讨论，但是作为一项设计要求还是被保留了下来。
许多历史记录似乎在暗示人们，F-108的设计目的是用来给B-70轰炸机“护航”的。前北美公司的工程师们发表声明说，这是从来没有过的事。因为，要保证一个项目能“卖得出去”是非常必要的，而对B-70项目而言，倘若说它需要一款护航战斗机的话，那么无疑会对该项目造成损害，导致其“卖不出去”。另外，B-70轰炸机的跨洲际航程也意味着，任何想为其提供护航的“轻剑”都必须要进行非常频繁的空中加油。
