飞机上还挂载着弹药，第二支F-105小队继续向目标飞去。同时，前2名335TFW联队的飞行员吉姆.卡斯勒少校和史蒂夫.戴蒙得(Steve Diamond)中尉与923团的2架米格-17卷入了空战，后者的飞行员是阮边(Nguyen Bien)和武文曼(Vo Van Man)，这场空战持续了近20分钟。在战斗中有大量空战教科书里的战术被施展出来，其中包括了劳夫伯里圈、剪刀机动、yo-yo机动和最大推力的转向。卡斯勒使出了他在二战和朝鲜战争中学到的所有技巧，在7分钟的时间里不停地躲避米格-17发射的炮弹，打开又关闭加力，借助前缘缝翼进行大过载转向。他们的高度从7000英尺掉到500英尺以下，而且在这种高能量机动过程中，他们的速度直线下降，但米格-17就像胶水一样粘在他们的“6点钟”方向。
人满为患的超高频无线电频道(整个攻击编队，这一地区加上美国海军和电子战机，使用的是同一无线电频道)意味着空战战斗空中巡逻(MiGCAP)编队无法听见卡斯勒的求救呼叫。由于同样的原因，没有一支F-105编队听见了米格机出现的警告。第二支攻击编队的4架F-105最终伸出了援手，他们发现目标之后立刻前来干预。其中2架飞机俯冲下来，向米格机开炮，但是没有命中。而之后，他们爬升转向准备第二次攻击时却找不到米格机了。
准备往一架F-105D上挂载的AIM-9B导弹，用响尾蛇去攻击一个剧烈机动的目标是很困难的，而且相比F-4鬼怪II的8枚导弹，F-105的1枚响尾蛇使得它们的绝大多数战果都是用M61A1航炮获得的。
2名被围攻的F-105飞行员接下来向自己的另一支双机编队呼叫救援，因为他们也刚从目标上空回来。但是在他们能够做出反应之前，武文曼的米格-17就已经击中了戴蒙德的F-105D 59-1755。就在他接近准备第二次攻击的时候，武文曼被卡斯勒少校击中了，他已经靠近到这架米格机的后方，打伤了它的尾部。卡斯勒后来看见，这名米格机飞行员转向离开，并朝福安机场飞去，他打开加力追上去，希望能够把这架米格机干掉。密集的高射炮火和不准在对方基地上空攻击米格机的条令迫使他转向返航。没过多久，卡斯勒的F-105就被阮边的米格机击伤了，后者绕到了他的后方。
同时，第二支F-105编队的长机和僚机抵达福安上空(他们被高射炮火击伤)，把阮边从卡斯勒的后方打跑。这架长机选择使用航炮攻击，但是他的僚机挂载了2枚AIM-9B空对空导弹(他说他所做的一切不过是自然的，比如选择航炮而不是导弹)。他在3000英尺的距离上开火，击中了这架米格机的右主翼。后者做出了一个6G过载的转向，而F-105无法跟进。在卡斯勒脱离战斗之际，他的3号机和4号机出现在了福安机场上空，去攻击米格机编队里的4号机。他们从机场上空500英尺高度上飞过，这个时候，机场上出现了37mm高射炮弹幕，但是直到其中一架被击伤，他们才撤离。
在这场至那时为止越战中耗时最长的空战里，史蒂文.戴蒙德被武文曼击落跳伞，而他接下来的命运就无处知晓了。这次战斗的经验展示了攻击编队之间无线电通信的问题，还有米格-17卓越的机动性以及在转向过程中使用AIM-9B的困难。飞行员们仍旧把M61A1航炮作为攻击米格机的首选，毕竟，这次空战显示出如果F-105飞行员有机会的话，他们会把自己的空战能力全部施展出来。
7月20日，他们又获得了另一个机会，在一次轰炸公路群VIA内目标的行动中，有5次发现了米格机或者与米格机发生了接触，但是在每一次攻击中，北越飞行员只是朝F-105编队开了一次炮，然后就俯冲逃走了。当天的一场遭遇中，一架米格-21从一支攻击小队的左侧靠近，迫使他们扔掉外挂物并分成高、低两支双机编队，希望把米格机夹起来打。这名米格机飞行员看见副油箱被扔掉，可能是认为他的目标已经达成，然后就脱离了攻击，雷公飞行员继续前进去轰炸他们的目标。
航炮和瞄准具
7月22日也是F-105第一次与北越空军的米格-17PF夜间战斗机和导弹(在1965年末交付了10架)遭遇。这种飞机的37mm航炮被一门23mm航炮取代，在机鼻上安装了一台RP-5翡翠(Изумруд)-2“扫描杆”航炮瞄准雷达，搜索距离为5英里，自动跟踪距离为1英里，在2.5G以下的过载中都有效。2架米格-17PF向攻击编队发射了无制导空空火箭，但是编队向左钻进了云层里，很轻松地就躲开了攻击。从云层里钻出啦，F-105编队的3号机、一名参加过朝鲜战争的老鸟，看见一架米格机向他迎面飞来，于是打出了超过100发20mm炮弹。在失去与那架敌机的目视接触之前，他没有观察到任何炮弹命中了。
一架333TFS中队的F-105D正在进行空中加油，飞机下方的弹药用于防空火力压制。加油路线用颜色来指示----比如，“Blue Anchor”中的“锚”指代2个固定的“锚”点，每个都有40英里长，在岸边或者在老挝上空。满载的F-105D空中加油升限被限制在18000英尺，速度315节，加油机是5架通常被派给每支攻击机群里“高处”的那架，其他的加油机都在“低处”，以95%的推力巡航。一架满载的F-105油耗为600加仑/小时，起飞时每分钟就要消耗150加仑的油料。
1966年8月，针对北越汽油、石油、润滑油储存目标的轰炸强度增加了，而F-105的损失也在直线增长。8月12日，2架333TFS中队的F-105D被高射炮击落，一架损失在太原工业设施上空，而由大卫.阿林森(David Allinson)上尉驾驶的F-105D 61-0156在返航途中扫射卡车时坠毁，两支F-105编队的飞行员都参与了救援阿林森上尉的行动----这样的行动通常都会吸引米格机来干扰飞行员的救援。
2架米格-17很快就出现了，F-105做出了回应，接下来扩大成一场“球状”的混战。4名飞行员向米格机打出了超过2000发炮弹，并可能击伤了其中2架，但是照相枪照片认定这是不可能的，其中一架雷公的左主翼上方被命中了一发炮弹，但是还能继续战斗。随着空战的继续，就在美军飞行员抵达绝佳的攻击位置上时，米格机飞行员借助着飞机优异的盘旋性能躲开了F-105的航炮扫射。这些F-105挂载了AIM-9B，但是没有使用，而且飞行员报告说这些导弹的状态很糟，导弹的引导头被刮花，或者被撞出了凹坑。当救援编队无法与阿林森上尉取得联系时，他们认定他已经阵亡，于是就取消了救援行动。