Двухместные модификации F-105E и F-105F
Параллельно с серийным выпуском истребителей-бомбардировщиков F-105D фирма Рипаблик пыталась заинтересовать ВВС США в двухместной всепогодной ударной модификации самолета, получившей обозначение F-105E. Несколько самолетов модели «Е» начали строить, но в 1959 г. ВВС категорически отказались от двухместной версии истребителя-бомбардировщика. Самолеты достроили как обычные F-105D. Маневры менеджеров фирмы дали эффект в 1962 г. — был получен заказ на производство двухместных учебно-боевых самолетов F-105F.
Наличие кабины второго члена экипажа привело к удлинению носовой части фюзеляжа на 774мм (30,5 дюйма). Чтобы компенсировать некоторую потерю путевой устойчивости, связанную с удлинением передней части истребителя-бомбардировщика площадь вертикального оперения была увеличена на 15 %. Несмотря на несколько большую массу, летные характеристики F-105F сохранились на уровне F-105D. Прототип двухместного учебно-боевого самолета (заводской номер 62-4412) совершил первый полет 11 июля 1963 г. Всего до прекращения серийного производства «Тандерчифов» в 1964 г. изготовили 143 самолета варианта F-105F.
Двухместный «Тандерчиф» не являлся учебным в общепринятом смысле этого слова. По мнению командования ВВС ограниченный обзор из второй кабины не позволял обучать летчиков, самолет предназначался для повышенной подготовки пилотов, в первую очередь обучению полетам по приборам в сложных метеоусловиях и ночью, а также тренировкам на боевое применение. До Вьетнама этой машине не придавали особого значения, но вышло так, что двухместные «Тады» сошли со сцены много позже, чем одноместные.