F-100A的公司型号是NA-192是超配刀的第一个生产型号。首架 F-100A（52-5756）在 1953 年 9 月 25 日出厂，并在 10 月 29 日首飞，试飞员仍是乔治.韦尔奇。而这一切仅仅发生在第二架 YF-100A 原型机首飞后两星期，超配刀项目正以惊人的速度进展。F-100A 在大多数方面都与 YF-100A 相似，只是垂尾截短，并在垂尾后上方安装了一个突起的放油管。在 USAF 的蓝图中，F-100A 被设定为昼间空优战斗机，并被描绘成 F-86A/E/F 佩刀的理想继任者。F-100A 安装四门 20 毫米庞蒂亚克（Pontiac）M-39 加农炮，每门带弹 200 发。M-39 已经安装在 F-86F 上在朝鲜战场进行过实战测试，当时称为 T-160，射速每分钟 1,500 发，初速 1,005.84 米/秒。
1953 年 11 月底，首批三架 F-100A 开始交付乔治（George）空军基地，装备战术空军司令部第 479 昼间战斗机大队第 436 昼间战斗机中队。这个大队在 1954 年 9 月 29 日具备了 F-100A 操作能力。
自 F-100A 服役以来，USAF 飞行员就一直报告说他们的 F-100A 存在稳定性和控制方面的问题，当机翼挂有副油箱时问题尤为严重。他们怀疑这是垂尾面积不够大，不足以维持方向稳定性造成的。结果，大多数早期的 F-100A 从未飞到过性能包线的极限。北美公司一直不肯承认这是由于愚蠢的垂尾设计造成的。灾难终于发生了，1954 年 10 月 12 日，当天经验丰富的试飞员乔治.韦尔奇驾驶第 9 架生产型 F-100A（52-5764）进行一项俯冲极限性能测试，在一个高 G 拉起后，F-100A 空中解体。韦尔奇弹射成功，但是被座舱部分的一大块金属刺入体内受重伤。11 月 8 日，进行访问的英国皇家空军军官杰弗里.D. 斯蒂芬森（Geoffrey D. Stephenson）驾驶一架 F-100A，由于失去控制坠毁在埃尔金（Elgin）空军基地而罹难。11 月 9 日，弗兰克.N.艾默里（Frank N. Emory）少校驾驶 F-100A（52-5771）在内华达州上空进行射击训练时失去控制坠毁，幸好艾默里安全弹射。11 月 10 日，USAF 下令 F-100A 全部停飞，总数大约是 70 架，另外在工厂中还有 108 架超配刀已经组装完毕等待交付。进行了详尽的调查之后，所有证据都显示 F-100A 安全性问题的根源在于较短的垂尾，也正是 USAF 飞行员一直以来所怀疑的。于是将 F-100A 的垂尾改回到 YF-100A 的式样，这样增加了 27% 的垂尾面积，一直到 1.4 马赫时才会出现不稳定的现象，而此速度已在 F-100A 的性能包线之外。经过这些改动，F-100A 的高度增加到 4.68 米。 照相侦察机。1954年9月，美国执行了一项称为“漂亮小鸟”（Slick Chick）的改装项目。将6架接近完工的F-100A从生产线上抽出，用于改装拆除武器的照相侦察机，型号为RF-100A。这6架飞机的序列号分别是53-1545、53-1546、53-1547、53-1548、55-1551和55-1554。这些飞机被拆除了前机身的航炮并安装5台侦察照相机，镜头分别朝向前方和两侧。由于照相系统无法完全容纳入机身，所以机身下凸起了很大的整流罩，从前风挡正下方位置一直延伸到机翼后缘，成为RF-100A的明显识别特征。RF-100A可以携载4个副油箱，比F-100A多了2个，因为典型的任务剖面需要RF-100A进行长时间高速加力飞行，而且不能进行空中加油。
这些改装的侦察机被用于飞越华约国家上空侦察拍照。到1956年中期，洛克希德公司的U-2侦察机服役，接替了RF-100A的任务。剩余的RF-100A一部分部署到日本横田基地的第6021侦察中队 。 F-100C 战斗轰炸机是超配刀家族中首个真正具备作战能力的型号，历史可以追溯到 YF-100A 首飞之前的 1952 年 10 月，USAF 要求北美为超配刀研发机翼油箱，1953 年 7 月，USAF 又要求新的“湿”机翼必须有足够的强度以挂载外部载荷。新型机翼最后应用在了 F-100C 的设计中。 美国空军（USAF） 改变 F-100A 的定购数量，将最后 70 架改为战斗轰炸机构型，型号定为 F-100C，公司型号 NA-214。1954 年 2 月 24 日，空军又增订了 230 架 F-100C。第四架 F-100A（序列号 52-5759）被作为 F-100C 的原型机并加以改装，延长翼尖。由于在一个已经完成的机体上换装“湿”机翼十分困难，52-5759 保留了“干”机翼，并于 1954 年 7 月 26 日首飞，后来又改装高垂尾。F-100C 的机翼结构中增加到了6个承力点，用于安装可拆卸挂架，可挂载包括副油箱、凝固汽油弹、通用炸弹、机载高速火箭，“特殊载荷”——MK-7 核弹，载弹量 2,268.09 千克。另外机翼结构进行了局部加强以承受武器释放时带来的突然冲击。
为了适应载油的“湿”机翼，机翼的整体管线系统必须重新分配，在蒙皮与框架的螺钉接合处都注射密封材料防止泄露。在最终的设计中，F-100C 的“湿”机翼可以容纳 1,707.04 升燃料，使内部载油量从 F-100A 的 2,816.04 升增加到 6,063.57 升。F-100C 具备单点式压力加油口，比起 F-100A 的重力加油方式来是一大进步，安装在机翼上的可拆卸空中受油管使 F-100C 具备了空中加油能力。
第一架生产型的 F-100C（53-1709）于 1954 年 10 月 19 日下线，由于此时所有 F-100A 都在停飞中等待解决垂尾问题，所以这架飞机被 USAF 有条件的接收。1955 年 1 月 17 日，北美试飞员乔治.霍斯金斯（George Hoskins）驾机首飞。这架飞机具有 F-100A 早期型的短垂尾，后改装高垂尾。1954 年 5 月 27 日，USAF 将 F-100C 的订购总数增加到 564 架，是最初的两倍多，但在 9 月 27 日又重新修订了合同，将最后的 224 架改为 F-100D。
F-100C 自 1955 年 4 月起交付战术空军司令部。德克萨斯州福斯特（Foster）空军基地的第 450 昼间战斗机中队成为首个装备 F-100C 的单位，并于 1955 年 7 月 14 日具备作战能力。1956 底，F-100C 进入驻扎在日本的第五空军第 8 战斗轰炸机大队服役。
首批 F-100C 中有少数安装 J57-P-7 发动机，额定推力 4,400.10 千克，加力推力 6,713.56 千克。多数 F-100C（一直到第 101 架）的动力装置是 J57-P-7 的改进型 J57-P-21，-21 型额定推力 4,626.91 千克，加力推力 7,257.90 千克，并且在高空能提供更大的推力，使 F-100C 最大时速增加约 64.36 公里，爬升至 10,668 米耗时减少 10%。
F-100C 的较严重的问题之一与 F-100A 相同：在高速时有偏航并进入无控滚转的倾向。从第 146 架 F-100C 开始，引入了偏航阻尼器。这一改进似乎有助于减轻这一个问题，所以先出厂的 F-100C 都进行了此项改装。
从第 301 架 F-100C 起，俯仰阻尼器被加入到平尾控制系统中，这将帮助衰减超配刀的纵向振荡。为了解决 J57 发动机压缩机失速的问题，在发动机内部安装减压阀以避免出现气体堆积现象。
1955 年 8 月 20 日，贺瑞斯.A.汉斯（Horace A. Hanes）上校驾驶 F-100C 创造了新的世界速度纪录。他在莫哈韦（Mojave）沙漠上空 12,192 米高空的一段 15-25km 航线上来回跑两次，平均时速 1,322.82 公里，成为航空史上的首个超音速世界纪录，也是首个在高空创造的的纪录，以往的纪录都是在超低空创造的。1955 年 9 月 4 日，卡洛斯. 塔尔博特（Carlos Talbott）上校驾驶 F-100C 横越美国东西海岸，平均时速 982.66 公里，总里程 3,740.93 公里。由于这个壮举，卡洛斯. 塔尔博特上校被授予邦迪克斯（Bendix）奖杯（文森特.邦迪克斯（Vincent Bendix）为横越美国大陆的飞行竞赛设立的奖杯）。
F-100C 生产总数为 476 架，最后一架于 1956 年 7 月交付。
曾有超过 150 架 F-100C 部署在欧洲，主要基地在德国的比特堡（Bitburg）、福斯滕费尔德布鲁克（Furstenfeldbruck）、兰德斯吐尔（Landstuhl）、以及西部的哈恩（Hahn），另外还部署在了摩洛哥和荷兰。美国空军的 F-100C 服役生涯也很短暂，迅速被 F-100D 替代。退出一线后的 F-100C 转交给 ANG，1959 年中期 ANG 的第一个中队开始装备 F-100C。空军剩余的 F-100C 在 1950 年代末大多用于训练任务。 具备核攻击能力的战斗轰炸型。1956年1月24日，F－100D原型机（生产序号：54-2121）首次试飞。至停产时为止，该型机共生产1274架，占F－100总产量的50%，是F－100最重要的一个改型。
该机实际上是C型的改进型，北美一共提出了4个改进方案，公司编号分别是NA－223、NA－224、NA－235和NA－245。
在外观上，该机仍保留C型的6个翼下挂架，但采用改进的弹射投放方式，而非原来的利用重力自由投放方式。垂尾和方向舵面积加大，其后缘上部的方形整流罩也加大，以容纳雷达告警接收机天线和应急放油管。
F－100D的改进主要体现在航电设备上。该机装备了明尼珀利斯－霍尼韦尔公司研制的MB—3自动驾驶仪，从而成为第一种装备自动驾驶仪的超音速飞机。MB－3的引入大大降低了飞行员的工作负荷，使得飞行员的双手可以解放出来查阅导航图或者进行武器瞄准，而飞机则在MB－3的控制下继续飞向目标。但该系统只能在单机飞行时使用，当F－100D编队飞行时，MB－3通常是关闭的。其它航电系统包括：AN/APG-30火控雷达,，AN/AJB-1 AN/AJB-1低空轰炸系统（LABS，经过改进，可以用于投放核炸弹），AN/AAR-4红外搜索系统，AN/ALR-45雷达告警接收机，AN/ALE-2箔条撒布器，以及导航和通讯设备等。
进行核打击时，F－100D可以携带MK-7、MK-38、MK-43、Mk 28 EX、Mk 28 RE、TX-43、TX-43 X1等多型核炸弹（通常挂载左翼挂点和机身中线挂点），爆炸威力从1000吨至1000万吨TNT当量不等。投弹方式主要采用“上仰投弹”（也就是俗称的“甩投”），利用AN/AJB－1LABS和A－4陀螺瞄准具交联，进行瞄准并计算投放点。在典型的攻击任务中，F－100D从超低空以900公里/时的速度突防，接近目标后以4G的过载拉起做一个半斤斗，在这过程中计算机自动计算并投放核弹，飞机到达斤斗顶点时做半滚改平，然后高速脱离，以便逃出核弹的破坏半径。 无人驾驶靶机。由F－100F改装的无人驾驶靶机。
当最后一架 F-100F 双座机交付后，超配刀的生产历史也随之结束，超配刀的生产总数最后达到 2,294 架，其中哥伦布工厂生产359 架。 F-107终极佩刀（Ultra Sabre）是美国北美航空在F-100超佩刀战斗机基础上研制的一款超音速战斗轰炸机，其设计目的是以超音速突入防线进行核攻击。F-107以罕见的背部进气方式而闻名。也因此带来太多技术困难，在美国空军的竞标中败给了相似的F-105战斗机，并最终成为NASA的试验机。F-107是北美航空佩刀系列战斗机里的最后一款 。
