Dwóch pilotów F-105F otrzymało Medal Honoru za swoją służbę w Wietnamie. Z powodu wysokich strat samoloty zostały zastąpione przez F-4 Phantom II, a większość F-105 trafiła do lotnictwa rezerwy. Najdłużej eksploatowane F-105G wycofano w 1983 roku, zastąpione przez F-4G Wild Weasel V, a pożegnalny lot F-105D odbył się 25 lutego 1984.
Wersje YF-105 A – prototyp wyprodukowano 2 egz. F-105 B – zmieniono konstrukcje wlotu powietrza oraz gniazda tankowania w powietrzu, wyprodukowano 75 egz. F-105 C – wersja dwumiejscowa przeznaczona do szkolenia pilotów F-105 D – najpopularniejszy wariant, nos samolotu wydłużono, zainstalowano nowe systemy awioniki i radaru, całość masy uzbrojenia można było przenosić na zewnętrznych węzłach, wyprodukowano 610 egz. F-105 E – dwumiejscowy wariant wersji D F-105 F – dwumiejscowy wariant szkoleniowo-bojowy, wyprodukowano 143 egz., wersja F wyposażona zasobniki ze sprzętem elektronicznym i rakiety AGM-45 Shrike pełniła służbę jako samolot zwalczania obrony przeciwlotniczej tzw.