Сильно изменился и состав вооружения. Первоначально в створках отсека вооружения располагались две дюжины неуправляемых 51-мм ракет Т-214. Они были заменены на 70-мм ракеты, бывшие тогда стандартным вооружением самолетов американских ВВС. Всего эту модернизацию прошли 170 машин. Работы выполнялись выездными группами фирмы "Сан-Антониа-авиационные материалы" в течение 1956-57 гг. Позже неуправляемые ракеты вообще были сняты, что позволило установить на "Чертенке" ядерные ракеты "Фалкон" AIM-26A (названная позже GAR-11), а также модернизированные варианты ракет "Фалкон" с обычной боевой частью и с инфракрасной или радиолокационной головками самонаведения. Состав вооружения мог варьироваться от пары ядерных "Фалконов" до шести обычных AIM-4 или составлять комбинацию из одной AIM-26 и двух AIM-4. Планы установить ядерную ракету "Джени" AIR-2A (МВ-1) так и не были реализованы, хотя эта ракета испытывалась с YF-102A в мае 1956 года.
Одной из последних крупных модернизаций стал проект "Большая восьмерка" – оснащения перехватчика инфракрасным детектором, установленным перед фонарем кабины в обтекателе. Данные с детектора поступали в систему управления огнем MG-10 и использовались для наведения "Фалконов" AIM-4C и AIM-4F с инфракрасной головкой самонаведения.
Производство F-102 завершилось в течение сентября 1958 года, когда ВВС официально приняли последний экземпляр перехватчика. К этому времени были закончены не меньше 875 самолетов. Кроме того были выпущены 10 YF- 102 и четыре YF-102A. Все они были собраны на заводе в Сан-Диего. Попытка запустить в серию следующую версию перехватчика – F-102B оказалась нереализованной. Этот истребитель поступил на вооружение уже под обозначением F-106A "Дельта дарт" и был по-существу другим самолетом.
Другим нереализованным одноместным вариантом был F-102C. Одно время самолет имел фирменное обозначение F-102X. Он разрабатывался в 1956 году и был в целом аналогичен F-102A за исключением установки более мощного двигателя J-57-P-47, который планировалось выпустить с компрессором из титанового сплава. Кроме того были еще небольшие изменения, типа удлинения хвостовых бульбообразных наделок. Скорость ожидалась до М=1,33, а потолок на 900 м выше, чем у F-102A. Предполагалось, что этот вариант заполнит паузу между F-102A и F-106A, но проект был отклонен ВВС в апреле 1957 года. Известно, что эта модель так и не была воплощена в железе, но, по иронии судьбы, один из первых серийных самолетов (53-1806) имел обозначение YF-102C. Кроме того, такая же надпись была на носу № 53-1797. Правда, обе машины использовались для различных испытаний и к F-102C никакого отношения не имели.
Хотя "Конвэр" и не удалось получить контракт на продолжение поставок одноместного варианта, ее предложение создать двухместный самолет для повышенной летной подготовки было реализовано. Всего были выпущены 111 TF-102A, доведя общее число "Двоек" до ровно одной тысячи машин.
Создание двухместного варианта началось в апреле 1952 года, когда ВВС США нашли, что существующие тренировочные самолеты – в основном Т-ЗЗА фирмы "Локхид" и специальный радиолокационный вариант "Митчелла" В- 25 еще времен мировой войны мало подходили для подготовки пилотов на новое поколение истребителей, поступивших с середины 50-х годов. Тем не менее прошло еще полтора года прежде чем 16 сентября 1953 года "Конвэр" получила заказ на TF-102A. Но даже это решение балансировало на грани отмены вместе со всеми неудачами перехватчика, описанными выше.
Несколько неожиданным было то, что "Конвэр" решила разместить места пилотов рядом, полагая, что обучение в этом случае пойдет быстрее. Предложение было одобрено в январе 1954 года, а в июле последовал заказ на производство, правда, только 20 самолетов. Через два месяца, в сентябре комиссия ВВС успешно приняла макет новой кабины. Хорошие результаты позволили в начале 1955 года получить заказ еще на 28 TF-102A. В декабре были заказаны еще 150 машин, хотя из последнего заказа были закончены только 63. Первый полет TF-102A (54-1351) состоялся 8 ноября 1955 года. Быстро был выявлен ряд недостатков, некоторые из которых были унаследованы от F-102A, а другие оказались следствием необычной компоновки кабины. Самолет прошел те же доработки, что и F-102A, но расширенная носовая часть принесла свои проблемы. Самой серьезной был из них "бафтинг" на больших скоростях. Решение этой проблемы заняло много времени. "Конвэр" пришлось переработать кабину – срезать гаргрот и переделать лобовое остекление. Летные испытания в апреле 1956 года показали, что проблему изжить не удалось. Тогда фирма вернулась к первоначальной конфигурации фонаря, добавив на оплетку вихревые генераторы. Это решило проблему "подсоса" воздушным потоком фонаря кабины. Одновременно был установлен и новый киль аналогичный F-102A. Обе эти модернизации были успешно опробованы на третьем двухместном самолете(54-1353).