На базе F-104C была создана «спарка» F-104D. Новый учебно-боевой вариант отличался от предшественника F-104B возможностью установки штанги дозаправки в воздухе, способностью нести 4 ракеты AIM-9 и системой управления оружием AN/ASG-14T-2. Первый полет F-104D состоялся 31 октября 1958 г. Вскоре после начала серийного производства на самолете заменили катапультное кресло С-1 на С-2.
F-104D стал последней модификацией «Старфайтера», созданной для ВВС США, которые в 1957 г. заказали больше сотни этих машин. До августа 1959 г. был поставлен 21 самолет, которые распределили между четырьмя эскадрильями 479-го TFW. Постройку остальных машин отменили. В 1967 г. «спарки» вместе с F-104C передали Нацгвардии, где они эксплуатировались до 1975 г. Шесть F-104D достались ВВС Тайваня.
Объемы поставок «Старфайтера» для ВВС США оказались далекими от ожиданий руководства «Локхид». Из 722 заказанных истребителей было построено только 296 машин. Прибыль фирмы стремительно падала, а затраты на доработки и модификации «Старфайтера» росли. Требовалось искать способы исправления ситуации.
Тут как раз намечался конкурс NATO на новый перехватчик, способный противостоять скоростным советским бомбардировщикам, испытания которых шли полным ходом. Французы намеревались выставить на него Mirage, британцы — Lightning. Выдвигали своих претендентов и другие разработчики.
Руководство «Локхид» увидело в будущем конкурсе блестящие перспективы для F-104 и развернуло шумную рекламную кампанию. А для полной гарантии успеха была предпринята настоящая спецоперация по подкупу высокопоставленных чиновников правительства ФРГ. «Локхид» не скупилась на «представительские расходы», ведь Германия считалась основным покупателем нового самолета. Часть средств была роздана нужным людям и в Японии, которая также нуждалась в новых истребителях. Не остались без внимания и американские госслужащие, через которых удалось протолкнуть европеизированный «Старфайтер» в Канаду. На все про все ушло 22 млн. долларов, но в результате сумма заказов достигла 1 млрд. Не думаем, что подобный способ ведения бизнеса являлся уникальным изобретением «Локхида». Просто эти факты открылись публике во время Уотергейтского скандала и были мгновенно подхвачены «обиженными» конкурентами из Европы.
Пока топ-менеджеры «Локхида» вели свою тайную войну, конструкторы занимались модернизацией «Старфайтера» под европейские требования. Новая модификация получила обозначение F-104G, где литера «G» подразумевала Germany, что стало еще одним маркетинговым ходом «Локхида». Изменения в конструкции и оборудовании были столь значительны, что этот вариант поначалу называли Super Starfighter.
Джонсон решил провести значительную переделку самолета, чтобы превратить его из легкого истребителя воздушного боя во всепогодный истребитель-бомбардировщик, как того хотели немецкие заказчики. Все новые детали силового набора крыла, фюзеляжа и хвостового оперения изготавливались при помощи ковки.
Полный отказ от прецизионного литья и фрезерования дал 40-процентное снижение себестоимости деталей.
Для улучшения управляемости на малых высотах с увеличенным полетным весом модифицировали хвостовое оперение. На самолет установили киль, разработанный для двухместных F-104B/D, площадь которого была на 20% больше, что позволило убрать демпфер рыскания. Была значительно увеличена мощность привода стабилизатора.
В связи с отмеченной тенденцией к резкому кабрированию на срывных режимах пришлось доработать систему предотвращения выхода на закритические углы атаки. Систему управления закрылками также переделали, чтобы они могли отклоняться и во время маневрирования. В результате радиус виража на высоте 1500 м уменьшился на 33%.
На самолет установили двигатель J79- GE-11 Астягой на форсаже7082,4 кгс. Воздухозаборники снабдили электрической противообледенительной системой.