各型F-105均于1965年停产。在越南战争中F-105的任务逐渐被F-111所代替。到1984年，所有的F-105退出了现役。
F-105速度快，机动性好，载弹量大。可是，F105设计时是用来作为突破苏联前线空防的战术核轰炸机，在这种模式下，只需要携带轻巧的小型战术核弹，飞机负载小，能充分发挥上述优点。但在越南F-105却要携带大量的常规炸弹去轰炸敌方，结果自己载重过多，机动性优势丧失殆尽，常被北越的亚音速米格-17战斗机击落。如果抛弃炸弹与米格机空战，则无法完成攻击任务。再加上执行低空轰炸，被地面火力击中的机会大增。因此F-105被认为是“棺材机”之一，当然在大规模的轰炸作战中也取得了大量战绩。美军飞行员也发展出了一些适合F-105特点的空战战术，最主要的一种战术即迅速降低自身飞行能量的“负能量战术”。
F-105火控系统包括了极为关键的拉起轰炸计算机。拉起轰炸计算机在自动轰炸状态里计算飞机相对目标的瞬时位置，并在正确的时刻和高度发出投弹信号，以确保炸弹命中目标。它适用五种自动轰炸方式。拉起轰炸计算机的比较电路用于在投放减速炸弹时计算地面距离或在预测状态计算拉起点。比较器有8个可更换的抽屉式存储部件，每个部件存储对应所选择的特定状态、炸弹类型及悬挂位置所计算的拉起或投放距离。轰炸方式有6种。5种是自动轰炸方式，1种是投放减速炸弹。
