Другим доказательством неопределенности, окружавшей истребитель "Рипаблик", был весьма своеобразный концептуальный подход к нему весьма похожий на запрягание лошади позади телеги. Требования к новому истребителю (Основные операционные требования) появились только в декабре 1954 года или больше чем через два года после официального санкционирования работ. Даже после этого неопределенность вновь проявилось в том, что сильно возросшие требования GOR-49 трижды менялись между декабрем 1954 года и апрелем 1955 года. В частности требовалось, чтобы F-105 был оснащен системой дозаправки топливом в полете, сложной системой управления огнем, а его летные характеристики должны были быть улучшены установкой более мощного двигателя "Пратт & Уитни" J75 вместо первоначально запланированного "Эллисона" J71, который так и не появился к заданному сроку. Правда, два опытных YF-105A были оснащены менее мощными J57 в качестве временной меры, позволившей начать летные испытания, а J75 впервые появился на YF-105B и стал основным для всех последующих "Сандерчифов".
Несмотря на описанные выше колебания, к началу 1955 года проект F-105 начал обретать плоть и кровь. Контракт на 15 машин охватывал выпуск двух YF-105A, четырех YF-105B, шести F-105B и трех RF-105B. Все они в основном предназначались для программы испытаний, которая началась 22 октября 1955 года полетом первого YF-105A (54-0098) в испытательном центре Эдвардс, Калифорния. Полет выполнил главный летчик-испытатель фирмы Рассел Рос – "Расти". В течение 45-минутного полета "Сандер- чиф" превысил скорость звука. Этот самолет в последствии был поврежден при посадке, но проведенные летные испытания позволили выявить недостаточные летные характеристики на максимальных скоростях. Полеты возобновились с 28 января 1956 года на втором YF-105A, имевшем еще небольшой киль, воздухозаборники по типу F-84F с прямой передней кромкой и фюзеляж без использования правила площадей.
Последующее перепроектирование истребителя "Рипаблик" основывалось на исследованиях, проведенных в NACA Ричардом Виткомбом и Антонио Ферри. В результате "Сандерчиф" получил удлиненный киль, поджатый согласно правилу площадей фюзеляж и несколько необычные воздухозаборники типа "ноздря", сделавшие силуэт самолета столь характерным. Эти изменения вместе с установкой двигателя J75 значительно улучшили характеристики самолета. Первый истребитель такой конфигурации YF-105B (54-100) совершил свой полет 26 мая 1956 года.
Опять же самолет повел себя в воздухе "не очень хорошо" – пилот Генри Биард – "Хэнк" был вынужден сесть на брюхо на дне высохшего озера.
За два месяца до того, в марте 1956 года планы производства "Сендерчифа" были подтверждены заказом ВВС на еще 65 F-105B и 17 RF-105B. Но последняя модель так и не поступила на вооружение, пав жертвой сокращений, проведенных в июле. К этому времени работа над тремя опытными разведчиками была уже в завершающей стадии. Они были закончены и отличались контурами носовой части, выдававшей их происхождение. В последствии эти машины были известны под обозначением JF-105В и использовались в основном в качестве опытных машин.
Другим вариантом, появившимся в тоже время, стал F-105C, ставший первой из трех попыток "Рипаблик" создать двухместный вариант самолета для повышенной летной подготовки. Самолет базировался на планере F-105B и был уже на стадии макета, когда работы были свернуты в 1957 году из-за высокой стоимости. Подобно другим двухместным "Сандерчифам" первый имел тандемное расположение мест экипажа и общий фонарь над кабиной.
Начало испытаний, по традиции американских ВВС проводившиеся на базе Эдвардс, не выявило особых проблем с конструкцией машины, чего нельзя сказать о большинстве оборудования, составлявшего "Систему вооружения – 306А". Такие компоненты как система управления огнем МА-8, бортовая ЭВМ "Бендикс" и автопилот "Дженерал электрик" FC-5 показали чрезвычайно низкий уровень надежности не только в процессе испытаний, но и в первые годы после принятия F-105B на вооружение. Несмотря на активные работы по "проекту оптимизации" в 1959-60 гг, число боеспособных машин оставалось на низком уровне. Ситуация достигла низшей точки падения в начале 1960 года, когда ни один из 56 F-105B в составе ТАК не был боеспособным. Позже ситуация несколько улучшилась, но все же F-105B так и остался объектом "интенсивного труда", требующим до 150 человеко-часов обслуживания на один час полета. Недостаток запчастей и сложности с подготовкой механиков усугубили проблему. Не удивительно, что в ВВС большинство были уверены: "Сандерчиф" – "настоящая сука".
Самолет представляет собой моноплан со среднерас- положенным стреловидным крылом, одним ТРД и шасси с передним колесом.