1954年4 月 16 日，北美决定在 F-100B 上也基本採用 F-100BI 截击机的总体布局。，同月晚些时候，北美公司得知空军对 NA-212 的战斗轰炸机方案表现出了兴趣，在 5 月 16 日下令终止 F-100B 项目的所有工作，将精力集中到战斗轰炸改型上来。不过，截击型的机头雷达罩和下颚进气布局都得到了保留。与此，北美公司的工程师们发现，利用内翼段吹气式襟翼来进行附面层控制，可以提高飞机的低速操纵品质，并使着陆速度降低约 30 英里/小时，于是在设计的早期阶段，这项技术就得到了套用。——在设计 F-100A 时，没有採用任何襟翼。为把 F-100B 改造成一架战斗轰炸机，还需要做其它一些改动，包括载荷係数由 7.33 增加到 8.67；安装机动飞行自动驾驶仪；安装 AN/APW-11A 雷达信标、低空轰炸系统（Low-Altitude Bombing System，LABS），AN/ALF-2 箔条发射器，AN/APS-54 雷达告警系统，标航线盘和座舱计算机。，还设计了更大、更重的机轮和制动装置；挂架则具备了为外挂物进行电子点火的能力。

1954 年 6 月 11 日，美国空军签订了购买 35 架 F-100B 战斗轰炸机的契约。1954 年 7 月 8 日，空军通知北美公司，该项目的编号已经正式改为 F-107A，——空军认为这种飞机已经和原先的 F-100A 有了巨大的差别，应该获得一个全新的编号。1954 年 8 月 4 日，契约被削减到了仅订购 9 架服役试验用机（编号 YF-107A，空军序列号 55-5118/5126）。

1954 年末，空军公布了第 68 号总体性能指标（General Operational Requirement， GOR），要求研製一种战术战斗轰炸机和一种昼间/夜间制空战斗机。北美公司显然对此做出了回应，但不清楚 F-107A 是否就满足了 GOR-68 的要求。无论如何，F-107A 的研製工作一直在紧张地进行。此时，普拉特·惠特尼公司已经在 J57 的基础上研製出了推力更大的 J75 新型涡喷发动机，北美公司就马上决定把它作为 F-107A 的动力。

北美公司的工程师们对F-107A战斗轰炸机的垂直尾翼进行了重新设计，把它设计成单片整体式全动垂尾，——类似的设计也被用在北美 A3J“民团员”（Vigilante，后来编号改为 A-5）舰载战略轰炸机上。机翼採用一套複杂的扰流片-缝翼-导流片来进行横向操纵。机翼前缘与 F-100A 相似，安装有自适应缝翼，但后缘则完全由简单襟翼和开缝式襟翼组成。机翼没有副翼，横向操纵由机翼上下表面的一组扰流片完成。飞机安装由早期的线传操纵系统——“纵向操纵增强系统”（Augmented Longitudinal Control System，ALCS），它利用空气数据系统的输入信息来进行俯仰角速度的控制。主要进攻性武器将包括一枚核武器，以半埋方式挂载在机腹中心线挂架上。

不幸的是，风洞实验表明，由于机头雷达罩和下颚进气口造成的气流干扰，机载武器的发射与投放会遇到很大的问题。为解决这一问题，进气口被从机头挪到了机身背部、座舱后方。进气道内安装有一套複杂的可调式斜板系统，可以保证发动机在不同速度下都得到合适的气流。最早的两架原型机在试飞初期，进气道内安装有一套双位（3.25°和 12°）发动机进气系统（two-position engine inlet duct system）。该系统是在进气道中央安装一块垂直的楔形导流板，导流板两侧附有四块液压驱动的调节板，调节板可根据需要进行收放，以调节进气截面，保证发动机获得合适的气流。在第三架原型机上，这套系统实现了自动化，调节板也实现了无级调节。

主起落架安装在机身，而不是像 F-100 那样安装在机翼下，向前收入机身轮舱。双轮前起落架向前收入机身。机身尾段下方安装有可收放的尾撬，以防着陆时因飞行员疏忽导致迎角过高而损伤机身。YF-107A 将在机头安装一套北美公司自动控制分部研製的 XMA-12 综合火控系统。该系统可以发现多个空中目标，并选择其中一个，计算使用机炮或火箭攻击的追蹤曲线。由于其独特的进气道布局，F-107A 的座舱盖只能直接向上开启，而不是通常採用的蛤壳式。 在紧急情况下，飞行员可以直接穿盖弹射逃生，而不必先抛座舱盖。

1957 年 1 月 1 日，YF-107A 的契约被修改，生产量减少到了仅 3 架飞机，外加一个静力试验机体。第一架 YF-107A（序列号 55-5118）于 1956 年 9 月 10 日在爱德华兹空军基地进行了飞行，试飞员是北美公司的鲍勃·巴克尔（Bob Backer）。它在飞行中就超过了音速，但在着陆时，由于阻力伞未能打开，飞机冲出水泥跑道的尽头，掉进了一道沟渠，因而受到了一些轻微的损伤。不过它很快就被修复，三天之后又重返蓝天。55-5118 号机于 1956 年 11 月 3 日进行了速度为 2.0 马赫的飞行。

55-5119 号机则承担了对武器投放系统进行评估的任务。它是三架 F-107 原型机中，唯一一架安装有四门 20 毫米 M39 机炮的飞机。风洞实验曾表明，在超音速情况下，从流线型的机腹中心线武器舱投放武器可能会遇到一些问题。不过在经历了最初的一些麻烦之后，1957 年 2 月 25 日在中国湖的海军试验靶场，试飞员艾尔·怀特在速度 1.87 马赫的情况下，成功地投下了武器。

为了获得批生产契约，F-107A 不得不与共和 F-105“雷公”（Thunderchief）展开竞争。1957 年 3 月，美国空军决定选择 F-105，F-107 则被降格成只执行空气动力试验任务的飞机。为此，第一和第三架 YF-107A 被转交给了国家航空谘询委员会（National Advisory Committee For Aeronautics，NACA），进行高速飞行试验工作。

第一架 YF-107A（55-5118）于 1957 年 11 月 6 日到达 NACA 位于德来顿（Dryden）的飞行研究中心，其 NACA 编号为 207。由于它在机械上很不可靠，仅仅进行了四次飞行就被停飞。后来 NACA“废物利用”，从它身上拆取零配件，用来保证另一架 YF-107A 的飞行。

第三架 YF-107A（55-5120）于 1958 年 2 月 10 日到达德来顿。由于机械故障问题，可变截面进气道的试飞工作不得不缩短。最终，NACA 彻底放弃了在 YF-107A 的可变截面进气道上所做的工作，并用螺栓将其固定住；将最大速度限制在 1.2 马赫。这架飞机在高迎角时，也存在扰流抖振问题。1958-1959 年，55-5120 号机在 NACA/NASA（National Aeronautics and Space Administration，国家航空航天局）共进行了大约 40 架次的试飞。在 YF-107A 试飞的基础上，北美公司改进了计画用在 X-15 上的侧位操纵桿。1959 年 9 月 1 日，试飞员斯科特·克罗斯菲尔德（Scott Crossfield）在驾驶 55-5120 号机起飞时，因为操纵系统故障，被迫放弃起飞，结果导致两个机轮爆裂，左侧制动系统起火。克罗斯菲尔德安然无恙，但 YF-107A 却受到了严重的损伤。由于修复该机在经济上已经不划算，NASA 决定将其拆解。在被分割开之后，机身被运到了德克萨斯州谢帕德空军基地（Sheppard AFB），用作消防训练设备。

两架 YF-107A 得以保存至今。55-5118 号机在从 NASA 退役之后，被交给了位于亚利桑那州图森（Tucson）的皮马航空博物馆（Pima Air Museum），现在它还在该馆展出。55-5119 号 YF-107A 现在俄亥俄州莱特-帕特森空军基地（Wright-Patterson AFB）的空军博物馆。

20世纪50年代初，在美国面对所谓的“轰炸机差距”的担心不胫而走。美国国防部害怕苏联轰炸机会入侵美国空域而试图装备一种新型高性能战斗机。为此，北美航空公司（North American Aviation，NAA）于1953年6月开始为战略空军司令部研製F-100的全天候型战斗机，公司内部代号为NA211.

由于康维尔公司F-102"三角剑“于1953年10月24日已经开始试飞，战略空军司令部对F-100B战斗机就没有多少兴趣，北美航空公司于是把F-100B转向战术空军司令部投标，工厂代号NA212，建议用作全天候战斗轰炸机，取代共和公司的F-84"雷电”。1954年8月4日，美国空军宣布订购9架YF-100B原型机和1架静力试验机体，并把YF-100B改称YF-100A（因为YF-100A与原来的F-100“超佩刀”已经完全不同）。

第一架 YF-107A（机号 55-5118）于 1956 年 9 月 10 日在爱德华兹空军基地进行了飞行，试飞员是北美公司的鲍勃·巴克尔（Bob Backer），试飞进行顺利，速度甚至达到M1.03.，但在着陆中，减速伞未能打开，由于乾涸的盐湖表明不平，造成飞机前起落架折断，以致飞机滑跑了6706米才停下来。好在，首席试飞员安然无恙，原型机损坏也不大，经过两个星期的修理又能投入试飞了。

由于天气原因，YF-107A在1956年10月1日才恢复飞行。11月3日，北美公司试飞员J·O·罗伯特第一次达到M2。1956年11月17日，美国空军宣布试飞计画第一阶段胜利结束，与此，两架原型机也抵达爱德华基地。带全套设备的第二架原型机（机号55-5119）于1956年11月28日试飞，随后的武器试验是在中国湖海军航空站和沙托姆海上靶场进行，第三架原型机（机号55-5120）于1956年12月10日试飞。

儘管试飞计画顺利完成，YF-107A的性能也不错，但由于空军决定选用F-105A作为新的战斗轰炸机，YF-107A计画最终于1957年3月结束。美国空军把第一架 YF-107A原型机（机号 55-5118）和第三架YF-107A原型机（机号55-5120）租给美国航空谘询委员会（NACA，1958年改组为美国国家航空航天局，简称NASA）。第一架 YF-107A原型机（机号 55-5118）于1957年11月6日交给高速飞行站（即今天的德赖登飞行研究中心），第三架YF-107A原型机（机号55-5120）于1958年2月10日交接。

NACA对YF-107A的主要兴趣在于其飞行操纵和进气系统。55-5120号机还根据北美航空公司X-15研究机试飞计画改装了侧位驾驶桿。其间，约翰·麦凯作为第一位NACA试飞员试飞了55-5118号飞机。试飞结果证实飞机不可靠，第一架 YF-107A原型机（机号 55-5118）最终于1958年4月退役。

第三架YF-107A原型机（机号55-5120）从1958年10月到1959年9月顺利完成40次飞行，但在準备进行第41次飞行时，飞行员斯科特·克罗斯菲尔德因为技术问题中断起飞，由于剎车太猛造成轮胎爆炸，左侧制动系统起火。好在飞行员没有受伤，但飞机严重受损，自此，YF-107A的飞行生涯宣告结束。

NACA的两架YF-107A于1960年6月运到俄亥俄州莱特·帕特逊空军基地。几经辗转，55-5118号机给了亚利桑那州图克森市皮马航空航天博物馆；55-5120号机在德克萨斯州谢泼德空军基地用作消防训练目标。

F-107“终极佩刀”开始是作为“超佩刀”F-100的第一种生产型F-100A的发展型而研製的，定名为F-100B。按理说，的方案应该在很多方面与F-100A相同，但实际上除了机翼沿用原来的之外，其余部分都发生了变化，由于要求更快的速度，带更多的载荷和安装新型雷达，使F-100B方案与F-100A大相逕庭。

设计师选定使用普惠公司新的YJ75-P-0发动机，加力推力109千牛，使飞机速度能达到两倍音速。为了装雷达，进气道必须重新设计，设计师不同寻常的把进气道放在机身上方（注原始方案进气道是放在机头下方，但风洞试验表明那个位置再使用武器过程中可能出现气动力问题，为了能根据飞行速度控制气流量，设计师採用了可变截面进气道）。

F-107“终极佩刀”的另一项革新是採用连成一块的全动垂直尾翼。NAA公司后来在其A-5舰载攻击机上也使用这种尾翼。在飞行操纵中，设计师使用增强纵向控制系统，有助于加强操纵输入和减小操纵桿力。，在新飞机上还使用了一个扰流板系统替代传统副翼。

F-107终极佩刀是美国北美航空在F-100超佩刀战斗机基础上研製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一款。F-107维持了F-100的基本后掠翼布局，但换用了更薄的翼型。为了适应超音速飞行F-107还使用了全动垂尾，并且取消了副翼，使用机翼上的扰流板来控制滚转运动。F-107最大的特点来自它奇怪的背部进气道。NASA的飞行员一度将它称为"食人者"。