Для конструкторского бюро "Конвэр" это буквально означало – назад к кульманам. Зато теперь они могли использовать теорию "площадей" предложенную и исследованную Ричардом Виткомбом из NACA. Применение этой теории оказалось "бальзамом на раны" фирмы – правило площадей позволяло значительно сократить сопротивление на трансзвуковых скоростях. Но дело не могло свестись только к косметическим изменениям. В результате серьезных усилий конструкторов появился практически новый самолет, хотя и сильно напоминавший YF-102. Так значительно изменился профиль фюзеляжа. От первоначального, прямого профиля толстяка YF-102 перешли к поджатому в районе крыла фюзеляжу. Это было первым применением так называемой "бутылки из под "Коки" или "осиной талии".
Перепроектирование F-102 было выполнено в течение первой половины 1954 года. Первые проработки сочетались с интенсивными продувками в аэродинамической трубе в течение апреля. Из-за "осиной талии" фюзеляж был удлинен на 2,13 м, крыло оказалось как бы сдвинутым назад и получило коническую крутку. Было изменено и положение киля. Несмотря на такие серьезные изменения в конструкции, данные полученные при продувках моделей показали, что желаемых характеристик еще не достичь. В результате самолет еще раз "общипали", удлинив фюзеляж на 1,22 м. Несколько была изменена крутка крыла, были установлены новые воздухозаборники, был переделан и фонарь кабины, не только улучшивший обзор, но и ставший более легким. Последнее особенно важно, так как перегрузка привела к специальной программе по борьбе за снижение веса. Другим новшеством стали два больших, бульбообразных обтекателя по бокам задней части фюзеляжа. Кроме того был установлен новый двигатель J-57-P-23 – более мощный, чем первые модели.
Самолет представлял собой цельнометаллический моноплан бесхвостой схемы с треугольным крылом и одним ТРД. Крыло с конической круткой имело угол стреловидности 60°6'. Относительная толщина профиля у корня 5% и 4% у концов, длина корневой хорды 9,1 м. Поперечное и продольное управление осуществлялось элевонами. На верхней поверхности крыла имелись четыре аэродинамических гребня. Конструкция крыла многолонжеронная, в основном из алюминевых сплавов, за исключением титановых носков нервюр и стальной обшивки передней кромки. Носок крыла был обшит листами пористой нержавеющей стали, через которые в условиях обледенения подавался горячий воздух.
Обшивка концевых участков крыла, элевонов и руля направления с сотовым наполнителем. Элевоны разделены на внутренние и внешние секции.
Фюзеляж типа полумонокок спроектирован в соответствии с правилом площадей. В передней части фюзеляжа размещены блоки электронного оборудования и герметичная кабина пилота с катапультируемым креслом фирмы "Вебер". Фонарь кабины открывается назад-вверх. В средней части фюзеляжа размещен отсек вооружения, за ним – топливный бак. В конце фюзеляжа имеются воздушные тормоза, отсек с тормозным парашютом, боковые стенки которого одновременно являются воздушным тормозом. Оперение состояло из одного киля с рулем направления. Угол стреловидности киля по передней кромке – 52°. На киле установлены антенны в виде небольших горизонтальных перегородок. Шасси самолета трехстоечное с одинарными колесами.
Силовая установка – один турбореактивный двигатель "Пратт & Уитни" J57-P-23 с тягой 4900 кг на номинале, 5600 кг с впрыском воды и 7250 кг на форсаже. Интересно, что в отличии от большинства тогдашних американских истребителей двигатель мог монтироваться без снятия задней части фюзеляжа. Воздухозаборники – боковые с острыми сверхзвуковыми кромками. Топливо размещалось в крыльевых баках и подавалось под давлением.
Вооружение состояло из шести ракет AIM-4A или – 4D на выдвижных установках в отсеке вооружения фюзеляжа и неуправляемых ракет "Майти Маус" калибра 70-мм в трубах в передней кромке створок отсека вооружения. Вес автоматической системы управления огнем "Хьюз" MG-10 достигал 770 кг, а занимаемый объем до 1 куб.м. Самолет был снабжен автопилотом "Лир" L-10. Наземная и самолетная станции наведения могли через автопилот наводить самолет на цель до дистанции в 30 км, после чего самолет переходил на управление от бортового радиолокатора. Основные параметры полета поступали в главную бортовую ЭВМ и использовались для выдачи данных на пилотажные приборы и для системы управления огнем MG-10. На самолете были установлены демпферы колебаний "Минеаполис-Ханнуэлл" и три гироскопа, связанные с системой автостабилизации и демпфером рысканья.