在此期间，试飞继续进行。两架原型机先后进行了野战条件维护和操作试验、以及在彭沙科拉海军航空站无准备跑道上起降的试验。该机还进行了武器系统试验，投射了一系列空空/空地武器，包括：响尾蛇、麻雀 III、猎鹰空空导弹，炸弹、无制导火箭弹、凝固汽油弹以及“幼畜”空地导弹。该机甚至还进行了在机身中线挂点挂载 907㎏“特殊武器”的试验。试验标明，N-156F 比空军当时的 F-100 战斗轰炸机载弹量更大，机场适应性更强，耗油率更低。不过，在 1960 年 8 月的试验结论上，空军仍然认为这种飞机并不是空军所需要的——很简单，美国空军当时要的是“截击/轰炸机”，一要能够高速拦截苏联战略轰炸机，二要能够实施战术核打击，N-156F 在这两方面都无法与“百系列战斗机”中期型号相比。而该机最突出的价格低的优点，当时的美国空军根本不屑一顾。
随着肯尼迪入主白宫，美国政府开始在一些防务问题上采取新的立场。具体而言，就是为了实现“向所有朋友提供支援，对抗任何威胁，以支持和保卫自由世界”的目标，政府将考虑向全世界的盟友提供资助，以帮助他们购买先进的美国战机。对于这一政策，美国空军主张采用简化的 F-104G，因为该机已经进入日本和一些北约国家空军服役。海军的沃特 F8U 则是另一个竞争者。不过，国防部和国际安全事务代办则倾向于 N-156F。
虽然美国空军仍对 N-156F 的效能表示怀疑，但陆军却开始对该机表示了兴趣。1962 年初，来自美国陆军的试飞员对 N-156F 1 号机进行了试飞，目的在于评估该机作为陆军新一代固定翼近距支援攻击机的可行性。当时参与陆军项目竞争的机型还有菲亚特 G-91、道格拉斯 A4D“天鹰”。试飞中 1 号机被涂上了陆军的机徽。陆军试飞员对 N-156F 的表现比较满意。不过，由于众所周知的美国军种之间的明争暗斗，美国空军对于陆军企图介入空军任务的做法极其不满，迫使国防部最终宣布，不允许陆军拥有固定翼飞机，只能以直升机来执行近距支援任务，N-156F 又失去了一次机遇。
1962 年 4 月 25 日，美国国防部宣布它已选中 N-156F 作为军援计划（MAP）的战斗机。美国的北约和东南亚条约盟国现在能够以低廉的价格采购一种具有世界水平的超音速战机。美国空军作为销售代理并承担培训受援国飞行员的任务。军援战斗机将采用美国空军的序列号，以方便记录。1962 年 8 月 19 日，N-156F 被正式赋予官方设计代号 F-5A，并赋予官方绰号“自由战士”——在那个冷战年代，其含义不言而喻。同时，F-5A 的双座教练型被赋予 F-5B 的代号，虽然看起来和 T-38 颇为相似，不过该机实际上保留了 F-5A 的全部作战能力。
F-5B 与 T-38 有相当接近的血缘关系，但是外观上还是有所区别：F-5B 机翼有边条，T-38 无；F-5B 进气口比较偏方较大，T-38 向下斜切，正前方看比较圆；F-5B 垂尾后下方有伞舱，T-38 无；T-38 的前起落架较细小轮子较窄，且前叉从正前方看为单臂式倒 L 型，F-5B 则是双臂型；T-38 主起落架胎较窄，F-5B 较宽；T-38 无补捉勾，F-5B 则有
雷鸟表演队的 T-38 教练机
1962 年 10 月，诺斯罗普获得第一笔价值 2,000 万美元的固定价格合同，用于生产 F-5A/B，其中单、双座的比例约为 9：1。
羽翼渐丰——“自由战士”家族衍变
F-5A
在 N-156F 被确定为军援战斗机之后，又对前两架原型机进行了一系列试验。结果表明，该机的机翼结构需要加强，翼下挂点要进行调整（增加一对挂点），加强机身中线挂点，同时还要增强起落架结构，以保证飞机载荷增大的需要。该机机身和翼下挂点达到 5 个，载弹量达到 2,812㎏。
这些改进设计被应用到N-156F的第三架原型机（59-4989）上，该机正式改称 YF-5A，实际上是 F-5A 的第一架生产型原型机。同时，该机安装了改进的 J85-GE-13 发动机，最大推力 1,383㎏，加力推力 1,851㎏。1963 年 7 月 31 日，试飞员汉克•齐欧梯操纵该机进行了首次试飞。此后，1、2 号原型机也先后按照生产型的标准进行了改进。
博物馆中的 YF-5A 59-4989
1963 年底，首批两架生产型 F-5A（63-8367/-8368）出厂加入试飞。次年 4 月，亚利桑那州威廉姆斯空军基地的第 4441 训练中队开始接收第一批 F-5。那里是受援国派往美国改装 F-5 的飞行员训练基地。
F-5A 的最初构型只具备最基本的作战能力。1964 年中，国防部长指示修改特殊装备需求 199，允许为 F-5 加装两门 20 毫米固定航炮，并增加机头设备舱，以便加装燃油或航空侦察相机。随后，该机机头加装了 2 门 M39 航炮——但这一改装导致研制进度推迟 4 个月。为了赶进度，不得不在 1964 年 2 月至 10 月间同时进行 II 类和 III 类测试。
F-5A 在机鼻安装了 2 门 M39 航炮。图中是希腊空军的 F-5A
第一份国外订单来自挪威。1964 年 2 月 28 日，挪威提交了一份订购 64 架 F-5 及 4 架损耗备份的订单。和基本的 F-5 相比，挪威的型号加装了风挡加热装置、着陆拦阻钩以及起飞助推装置。
挪威空军的 F-5A
涂有东南亚迷彩的美国空军 F-5A
F-5A 的操纵特性相当不错，它很难进入尾旋，即使在失速时也很少掉翼尖。双发间距很小，因此减小了单发停车时的偏航力矩。
1972 年 6 月，F-5A 停产，总产量 636 架。
F-5A 三面图
F-5B
F-5B 是 F-5A 的双座教练型。该机采用串列双座布局，前后座均采用火箭弹射座椅，中间有风挡分隔，以在弹射时保护后座教员免受迎面气流冲击。前后座舱盖各自独立铰接在隔框上，手动向后开启，弹射时自动抛弃。为了改善教员前向视界，教员座椅比前座高出 0.25 米。