Как и большинство самолетов ВВС США, созданных в конце 50-х годов, истребители-бомбардировщики F- 105 «Тандерчиф» сменили на протяжении своей карьеры массу «одежек». Оба прототипа YF-105A не красились – самолеты имели цвет натурального дюраля. Маркировка машин была стандартной для ВВС США того периода, плюс антибликовая панель перед козырьком фонаря кабины грязно-оливкового цвета (цвет ANA-613).
Прототип YF-105B также не был покрашен, но к этому времени ВВС ввели яркие элементы окраски на опытных машинах для уменьшения вероятности столкновения самолетов в воздухе. Чтобы удовлетворить этим требованиям, прототипы получили яркие флуоресцентные желто-оранжевые элементы окраски (сначала краска желто-оранжевая ANA-634, с 1960 г. – красно-оранжевая ANA-633). Смена цвета была связана с большим на 25% сроком службы краски ANA-633. Перед испытаниями на штопор прототип YF-105B (заводской номер 54- 0100) перекрасили в ярчайший желтый цвет с голубой/красной/черной эмблемой фирмы Рипаблик в носовой части фюзеляжа ниже фонаря кабина.
Три самолета JF-105 также имели цвет натурального металла с грязно- оливковыми антибликовыми панелями. Яркие элементы окраски красно- оранжевого цвета на крыльях, киле и фюзеляже были индивидуальными.
Серийные истребители-бомбардировщики F-105B, поступившие на вооружение 4-го тактического авиакрыла, также были цвета натурального металла с грязно-оливковыми антибликовыми панелями, кроме того, по бортам фюзеляжа в районе кабины самолеты несли эмблему авиакрыла в виде головы индейца. Вокруг носовой части фюзеляжа и на вертикальном оперении наносилась широкая полоса зеленого цвета в окаймлении более тонких белых и черных полосок – цвета 4-го авиакрыла. На самом первом «Тандерчифе» (F-105B-6, заводской номер 54-0111) изображение головы индейца имелось непосредственно на фоне зеленой полосы (на киле), для лучшей заметности при фотосьемке. Снимки этого самолета широко разошлись по всему миру, однако следует помнить, что F-105B-6 с заводским номером 54-0111 – единственный с таким расположением эмблемы.
В начале 1960 г. появилась эмблема Тактического авиационного командования ВВС США современного образца, которую стали изображать на вертикальном оперении всех самолетов. Эмблема представляет собой геральдический щит (эмблему ВВС США), наложенный на молнию желтого цвета с черной окантовкой.
Произошедшие в 1963 г. изменения во внешнем облике «Тандерчифов» связаны с особенностями эксплуатации неокрашенных самолетов в Западной Германии. Снежно-дождливый климат провоцировал развитие коррозии ничем не защищенного металла. В срочном порядке все «европейские» истребители-бомбардировщики F-105 был окрашены акриловым алюминизированным лаком в пропорции 1 литр чистого лака на один литр растворителя плюс 1/12 литра алюминиевой пасты (сначала предлагался достаточно экзотичный вариант – покрытие самолетов серой краской, используемой для окраски кораблей ВМС США!).
В июле 1965 г. командование ВВС распорядилось нанести на все истребители-бомбардировщики F-105 камуфляжную окраску, идентичную используемой на самолетах, принимающих участие в боевых действиях в Индокитае. Апробацию схема камуфляжа проходила на самолетах дислоцированных в Западной Европе 36-го и 49-го авиакрыльев. Окраска представляла собой пятна коричневого и двух оттенков зеленого цвета на верхних поверхностях и полностью серые нижние поверхности. Было предложено несколько «модификаций» опознавательных знаков для нанесения на рисунок камуфляжа. Одним из первых испытывался вариант в виде пятиконечной звезды черного цвета с черными прямоугольниками по бокам. Вариант пришлось откинуть по дипломатическим причинам – черный цвет вызывал неприятные аналогии с пиратами. В результате приняли обычный многоцветный рисунок опознавательного знака, но уменьшенного размера – диаметр, описанной вокруг звезды окружности – 15 дюймов.
Самолеты двух крыльев, размещенных в Таиланде перекрашивали партиями по три или по шесть машин. Во времена, когда «Тандерчифы» летали неокрашенными, на килях всех истребителей-бомбардировщиков изображались многоцветные эмблемы эскадрилий. Поначалу эмблемы наносили и на камуфляжный рисунок, но через коротких срок от них отказались, а уже нарисованные эмблемы были закрашены. Самолеты приняли довольно унылый боевой облик без ярких пятен. Однако в 1968 г. ввели двухбуквенные коды подразделений (первая литера – авиакрыло, вторая – эскадрилья). Литеры высотой 24 дюйма (610 мм) наносили белой краской с обеих сторон киля на все самолеты Тактического авиационного командования ВВС США, включая «таиландские» авиакрылья.