Когда выяснилось, что принятый на вооружение истребитель F-100 не удовлетворяет новым требованиям ВВС США по скорости и грузоподъемности, фирма предприняла попытку его модернизации. В результате была разработана модификация F-100B, которая существенно отличалась от своего прототипа как внешним видом, так и силовой установкой. Позднее, эта модификация получила обозначение YF-107A. Внешне самолет отличался в первую очередь размещением воздухозаборника над фюзеляжем, позволившим выдвинуть кабину пилота вперед, что обеспечило отличную видимость вперед и по сторонам, особенно при полетах с большими углами атаки. Вместо двигателя J57 был установлен турбореактивный двигатель "Пратт & Уитни" J75-P-9 тягой до 7500 кг и до 11113 кг на форсаже. Воздухозаборник имел клиновидное центральное тело и два параллельных канала, которые сходились в один канал круглого сечения. Дополнительный бак, закрепляемый на подфюзеляжных замках, имел весьма характерную плосковыпуклую форму и частично вписывался в геометрический контур фюзеляжа.
Всего были закончены три опытных образца. Полет первого состоялся 10 сентября 1956 года. В ноябре на первом опытном самолете была достигнута скорость до М=2. Тем не менее было принято решение запустить в серийное производство F-105 "Сандерчиф". Два опытных образца были переданы исследовательскому центру NACA, а третий – музею в Дейтроне.
Следующим серийным вариантом "Супер Сейбра" стал F-100C. Как уже упоминалось выше, новый вариант все еще рассматривался тактическим командованием в первую очередь как фронтовой истребитель, хотя по сравнению с предшественником он был в состоянии лучше выполнять и роль истребителя-бомбардировщика. F-100C имел шесть точек подвески вооружения, крыло было усилено и испытано еще на одном из первых серийных F-100A в 1953 году. В варианте бомбардировщика F-100C мог нести до 2270 кг бомб и ракет вплоть до ядерной бомбы Мк.7. Это был также первый "Супер Сейбр" оснащенный британской системой дозаправки топливом в воздухе типа "штанга-конус", которой тактическое командование тогда отдало предпочтение. Возможность установки дополнительных топливных баков также значительно увеличила радиус действия по сравнению с F-100A. Новый вариант отличался от предшественника значительно большей взлетной массой – 17700 кг против 13100 кг у F-100A. Самолет стало сажать труднее, а пневматики не выдерживали и 10 посадок.
Производство F-100C началось в феврале 1954 года (стоимость экземпляра – 662 тыс. долларов), когда 70 самолетов, профинансированных еще в 1953 году как F-100A, были закончены в новом варианте. Заказ на 1954 финансовый год предусматривал выпуск 381 самолета, а на 1954 год еще 25 машин последний серии (они стали первыми "Супер Сейбрами" собранными заводом "Норт Американ" в Колум- бусе, Огайо, который был выбран в качестве второго центра производство "Супера").
Впервые F-100C полетел 17 января 1955 года, а поступил на вооружение в июле. Первой частью, вооруженной новой модификацией, стало 450-е крыло дневных истребителей на базе Фостер, Техас. Эта же модификация "Супер Сейбра" стала первой оказавшийся за океаном в составе командования ВВС США в Западной Европе, хотя некоторые из них приняли участие в боевых действиях в Индокитае.
Несмотря на настойчивые попытки устранить проблемы с продольной и поперечной устойчивостью, столь дорого обошедшиеся на предыдущей модели, F-100C, однако все еще демонстрировал плохую управляемость на больших скоростях. Самолет страдал от колебательного режима – "голландского шага". Чтобы устранить этот недостаток, на самолет, начиная со 146-й машины, стал устанавливаться управляемый электрически, гидравлический демпфер раскачивания. Позже этим устройством оснастили и первые самолеты серии. Устранение продольного раскачивания заняло несколько больше времени – начиная с 301-го F-100C стал устанавливаться и демпфер на систему управления по тангажу. Обе эти модернизации значительно улучшили управляемость на больших скоростях. Что касалось летных характеристик, то меньше чем через месяц после поступления F-100C на вооружение на этом варианте 20 августа 1955 года был установлен мировой рекорд скорости в 1323,062 км/ч. Это был первый зарегистрированный ФАИ мировой рекорд скорости выше скорости звука. Не менее эффективной была демонстрация дальности полета во время трансконтинентальной гонки Бендикс Трофи, которую F-100C выиграл, пройдя 3742 км со средней скоростью 982,8 км/ч.
На таком фоне не удивительно, что финансовых ограничений не было, и выпуск F-100C осуществлялся высокими темпами. Все 476 самолетов были закончены в апреле 1956 года. На вооружении в тактическом командовании F- 100С был быстро сменен на более перспективный F-100D. Большинство самолетов ранней модификации поступили в ВВС Национальной гвардии, которая успешно эксплуатировала их в течение многих лет. Еще несколько F-100C было поставлено в Турцию по программе военной помощи. Несколько F-100C было возвращено тактической авиации к началу 1970 года для подготовки экипажей. Несмотря на меньшую эффективность по сравнению с F-100D, F-100C принял участие в боевых действиях в конце 60-х годов. Несколько эскадрилий национальной гвардии были мобилизованы в 1968 года после захвата флотом КНДР американского разведывательного судно "Пуэбло". Три подразделения из их числа были размещены в Южном Вьетнаме и действовали с баз Пхан Ранг и Туй Хоа до их вывода весной 1969 года.
Последним одноместным вариантом "Супер Сейбра" стал F-100D, который стал и самым многочисленным вариантом, выпущенным в большем количестве, чем все остальные модели вместе взятые. В течение второй половины 50-х годов "Норт Американ" выпустила не меньше 1274 истребителей этого типа.
В отличие от предшествующих вариантов F-100D был чистым истребителем-бомбардировщиком и довольно заметно отличался от своих предшественников. Среди наиболее заметных изменений были: увеличение площади крыла и вертикального оперения; установка дополнительного электронного оборудования, включая систему управления огнем МА-3, автопилота МВ-3 "Минеаполис-Хонивелл", освободивших летчика для выполнения тактической задачи; новая система дозаправки в воздухе и закрылки на консолях. Первые варианты F-100 не имели закрылков – чтобы исключить реверс элеронов, их сдвинули к фюзеляжу. В результате места для посадочной механизации не осталось. Посадочная скорость F-100C доходила до 330 км/ч. В результате на "Супер Доге" и были установлены закрылки со сдувом пограничного слоя и тормозной парашют. Встраиваемое вооружение не изменилось и состояло из четырех 20- мм пушек "Пантиак" М-39Е с 200 патронами на ствол, но варианты внешней нагрузки для F-100D значительно расширились. Максимальная бомбовая нагрузка возросла до 3193 кг в различных комбинациях из ракет "воздух-воздух" AIM-9 "Сайдуиндер", "воздух-земля" AGM-12 "Буллпап", неуправляемых ракет, напалма, обычных и кассетных бомб, а также атомного оружия – бомб Мк.7, Мк.28, Мк.43, Мк.57 и Мк.61. Система дозаправки "штанга-конус" была сохранена как основная.
Начало проектирования F-100D относится к маю 1954 года, когда были выданы требования тактического командования на более эффективную версию истребителя- бомбардировщика. Предложение "Норд Американ" оказалось достаточно обещающим, чтобы получить в октябре 1954 года контракт на начало производства. Производство F-100D (54-2121) началось в июле 1955 года в Инглвуде, Калифония. Этот самолет был принят ВВС США в ноябре согласно плана, но первый полет он совершил 24 января 1956 года. Тем временем в Колумбусе, штат Огайо была подготовлена вторая линия по производству F-100D. Первый из 334 самолетов, собранных этим заводом, поднялся в воздух через шесть месяцев – 12 июня.
Как и первые модели, F-100D имел целый ряд "детских болезней". Многие из них были выявлены во время испытаний на авиабазе ВВС в Эдвардсе, Калифорния. Главной проблемой являлся генератор, обеспечивающий электроэнергией все бортовые системы самолета и оказавшийся очень ненадежным. Точность работы системы управления огнем МА-3 также оказалась ниже желаемой. Связь между системой бомбометания с малых высот AN/AJB-1B и автопилотом МВ-3 оказалась неадекватной. Только с 384-го самолета начались поставки улучшенной модели автопилота.
Двигательная установка: один осевой двигатель "Пратт & Уитни" J-57 Р-21 или Р-21А тягой 4627 кг на боевом режиме и 7258 кг на форсаже; запас топлива во внутренних баках – 4500 л; возможность установки двух 1268-л или 757-л, сбрасываемых баков.
Летные характеристики: максимальная скорость – 1492 км/ч или М=1,39 на высоте 10670 м; 1190 км/ч или М=0,97 на уровне моря; максимальная скороподъемность у земли – 113,79 м/с; боевой потолок – 15636 м; радиус действия с внутренним запасом топлива – 964 км при скорости 945 км/ч на высоте 9000-11000 м; – с внутренним запасом топлива и с шестью бомбами Мк.82 – 448 км; перегоночная дальность – 3172 км.
Вес: пустой – 9361 кг; боевой – 13636 кг; максимальный – 17258 кг. Размеры: размах крыла – 11,82 м; длина (без трубки Пито) – 15,03 м; высота – 4,94 м; площадь крыла – 37,18 м2 ; база шасси – 3,78 м; стреловидность крыла по передней кромке – 45°, по задней – 25°.
Вооружение: четыре 20-мм пушки М-39 с 200 снарядами на ствол и до 2722 кг бомб на внешней подвеске.
Несмотря на эти недостатки, поставки в тактическое воздушное командование начались в конце сентября 1956 года. Первым было перевооружено 405-е крыло истребителей-бомбардировщиков имевших "Сандерстрайки" F-84F. После этого производство быстро нарастало, достигнув своего пика в 1957 финансовом году, когда ВВС приняли 788 F- 100D. Однако, вместе с многочисленными изменениями, вносимыми в самолет во время производства, первые годы службы были отмечены не менее многочисленными программами модернизации.