卡特维利在尾喷管后部增加了独特的四片花瓣式减速板，并配有腹鳍，以保证高速稳定性，原来的四挺T-130机枪被一门通用电气的M61A1加特林炮取代。经过长时间的谈判和拖延，空军参谋部于1955年12月1日发布了通用操作要求(GOR) 49，这基本上是配备新型普.惠J75发动机的F-105B的蓝图。
根据美国空军的库克-克雷吉"并行"采购方法，新设计直接投入生产，因为在早期使用过程中出现的任何缺陷都可以通过生产过程中的适当修改来补救。两架安装了J57发动机的YF-105A 和十架安装了J75发动机的YF-105B进行了飞行测试，同时开始生产F-105B。幸运的是，J75发动机从一开始就在打开加力时产生了预期的23500磅推力，使得生产型的推重比(在当时)达到了有利的0.75:1，而双发F-4鬼怪II的推重比为0.87:1。原型机的直列发动机进气道造成了过大的阻力，很快被前掠式发动机进气道取代，该进气道有一个由班迪克斯中央空气数据计算机控制的可变位置"插头"来管理气流。
YF-105A, via afwing.com
"面积率"也在机身上得到了体现，赋予F-105"可乐瓶"般的蜂腰轮廓。垂尾的面积也增加了32%，并在其根部前缘内设置了加力燃烧室的冷却空气进气口。
1956年5月26日，亨利.贝里德(Henry G Bearid)驾驶F-105B 54-0100完成了首次试飞。1957年，由于开发延迟，美国空军考虑改用竞争对手北美的F-107A，该机型面临取消订单的威胁。然而，美国空军选择继续使用F-105B(1956年7月26日被命名为"雷公")，并适时改进了该战斗机的先进设备，首先是AN/APN-105多普勒导航系统和通用电气的XMA-8综合火控系统。两者都具有高度创新性，以至于要等到F-105服役两年后才获准投入使用。
F-105A与F-105B的主要区别
多普勒系统可以与自动驾驶仪连接，让F-105无需借助外部导航站即可返回基地，然后"移交"到机场进行仪表着陆。在战斗中，正如越战F-105飞行员埃德.拉西穆斯(Ed Rasimus)所解释的那样，"多普勒是一个可以/不可以的东西。如果你的多普勒失灵了，你的飞机就失灵了。了解如何使用它、如何更新它以及它的功能是基本知识。"
F-105的J75 发动机耗油量巨大，因此需要挂载多达三个副油箱，弹舱中可选装一个390加仑的油箱来取代核武器。机翼上挂载了两个450加仑的副油箱，并向下倾斜，以尽量减少阻力，或挂载一个650加仑的中线副油箱(不进行核战备值班时)，外部挂载弹药。
P&W J75发动机剖视图, via afwing.com
3年后，1958年8月，这款飞机终于进入北卡州西摩.约翰逊基地4TFW联队335TFS中队服役。飞机的复杂性要求飞行员的训练采用新方法。由于缺少双座型，学员需要至少1000小时的飞行经验，其中包括至少200小时在其它百系列战斗机上的飞行。
虽然大熊(Big Bear)和类似(Look Alike)项目(于1962年11月完成)阻止了燃油泄漏，改进了线路，并通过在机身上涂上防水的镀铝银丙烯酸漆解决了腐蚀问题，但航空电子设备仍然是许多早期开发问题的焦点。这些项目通常需要让F-105长时间停飞，从而进一步加深了该型机作为维护噩梦的名声。直到1960年代末，这种观点才被扭转。
F-105B与F-105D的主要区别
