第二架F-107A原型机
由于第二架原型机没有配备全套航电，所以第1、3架F-107A参加了美国空军战术空中司令部组织的对比试飞，与共和YF-105竞争。两种飞机被设计用于执行相同的战术核任务，并使用相同的发动机。
YF-105A原型机
对比试飞
对比试飞开始时，YF-105机队仅积累了少量飞行时间，实际上首架YF-105在仅仅飞行了两个月就坠毁，所以尽管F-107也存在许多问题，但大多数人都认为北美已经胜券在握。但谁知美国空军评审团最终将生产合同授予了YF-105，让许多人大跌眼镜。
YF-105获胜有两个原因。当空军部长办公室作出决定时，尽管用试飞员梅尔·艾普特（MelApt）的话来说，YF-105已经表现出“比类似发展阶段其他飞机更多的缺陷！ ”但这架飞机却拥有战术空军司令部真正想要的内部弹舱而不是F-107的半埋弹舱。更重要的是，美国政府据称想要拯救陷入困境的共和公司，而北美当时的业务蒸蒸日上，正开足马力为美国空军生产F-100，还获得大量F-86出口订单。
F-105的机腹弹舱
对比F-107的机腹半埋弹舱
最终将有超过800架F-105以“雷公”的绰号进入美国空军服役，该机在越南战争中损失了近400架，为此赢得了一个不太体面的绰号“砰！”（Thud），据称这是飞机坠毁于地面的声音！
最终F-105变成了常规炸弹卡车
科研生涯
因此F-107A的预生产型订单被取消，三架原型机的试飞任务也在1957年下半年被中止执行，其中第一架和第三架原型机被借给美国国家航空咨询委员会（NACA）进行高速飞行研究，并为各种X飞机项目提供了宝贵的帮助。
第一架F-107A原型机被编号为NACA207，一开始用于评估VAID进气口和全动垂尾的应用，很快又开始了侧杆操纵研究。该机改装了所谓的侧杆飞行控制系统（SFCS），在原先中置操纵杆右侧增加了一个侧杆，使飞行员只需移动手腕就能控制飞机。侧杆系统已计划用于即将到来的北美X-15项目，北美公司在F-107A上对侧杆设计进行了改进，X-15试飞员也在实际驾驶火箭动力飞机飞行之前在F-107A上获得了侧杆操纵经验。
F-107的小侧杆
在试飞期间，进气口的复杂可动斜坡及其控制装置引发了许多问题，最终导致被改成固定进气口。1959年7月，NACA207被捐赠给美国国家宇航局（NASA）高速飞行站，但由于该机的机械可靠性不佳，在被NASA停飞之前只飞行了4次。如今这架飞机保存在亚利桑那州图森的皮马航空博物馆。
由于进气口的存在，F-107A采用了不寻常的座舱盖开启机构
第三架F-107A原型机在NACA/NASA一直飞到1959年9月1日，当天试飞员斯科特·克罗斯菲尔德（ScottCrossfield）驾驶该机遭遇了一次起飞中止事件，飞机被严重损坏，此时该机只完成了39次飞行。此后这架原型机被废弃。
F-107内部布置
最后的转场飞行
第二架F-107A（55-5119）于1957年11月25日被送给俄亥俄州代顿附近的美国空军国家博物馆。由于该机没有全套航电，尤其是缺少任何导航设备，所以飞行员克莱德·古德少校在这次转场飞行中与另一架F-100“超级佩刀”编队飞行，后者也要在当天交付博物馆。但是在一次降落加油后，两架飞机在飞行中失散，少校被迫在光线昏暗的恶劣天气下沿着道路和铁路飞行！
更糟糕的是，这架飞机没有安装座舱照明灯，飞行员被迫使用Zippo打火机来读取仪表。他最终找到了前往赖特·帕特森空军基地的道路，但随后发现F-107A的着陆灯也无法使用！尽管如此，他还是设法将喷气机安全降落，结束了F-107有惊无险的最后一次飞行。
美国空军博物馆的F-107A
人们对北美F-107A的评价分成两个极端，支持者说该机是美国空军错失的最佳战斗机，批评者则表示这架飞机从一开始就是彻头彻尾的失败者。今天F-107A已经成为百系列战斗机中被人遗忘的一员，但它至少开创了超音速可调进气口应用的先河。
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