从 1960 年代末至 1970 年代初，F-100 逐渐从越南战场上撤出，被更强大的 F-105 与 F-4 所替代。最后一架 F-100D 于 1971 年 7 月离开越南。
下述战术空军联队装备了 F-100D：
第 3 战术战斗机联队（90，416，510，531 中队）
第 27 战术战斗机联队（481，522，523，524 中队）
第 31 战术战斗机联队（306，307，308，309 中队）
第 354 战术战斗机联队（352，353，355，356 中队）
第 401 战术战斗机联队（612，613，614，615 中队）
第 474 战术战斗机联队（428，429，430，478 中队）
第 20 战术战斗机联队（55，77，79 中队）
第 48 战术战斗机联队（492，493，494 中队）
第 50 战术战斗机联队（10，81，417 中队）
第 405 战术战斗机联队（511 中队）
从越南归来后，多数 USAF 的 F-100D 转入 ANG 服役。实际上 ANG 在 1969 年就获得了首批 F-100D，爱荷华州 ANG 第 174 战术战斗机中队成为首个装备 F-100D 的单位。但是由于越南战争的需求，USAF 推迟了向 ANG 移交 F-100D，所以直到 1970 年中期，ANG 仍然只拥有 20 架 F-100D。随着 F-100 从越南的撤出，向 ANG 的移交工作开始加速，到了 1972 年中期，ANG 已经拥有了 335 架 F-100D。
F-100D 服役于下列 ANG 中队：
第 152 战斗截击机中队，亚历桑那州 ANG
第 188 战斗截击机中队，新墨西哥州 ANG
第 110 战斗截击机中队，密苏里州 ANG
第 118 战斗截击机中队，康涅狄格州 ANG
第 119 战斗截击机中队，新泽西州 ANG
第 120 战斗截击机中队，科罗拉多州 ANG
第 121 战斗截击机中队，哥伦比亚特区 ANG
第 127 战斗截击机中队，堪萨斯州 ANG
第 136 战斗截击机中队，纽约 ANG
第 166 战斗截击机中队，俄亥俄州 ANG
第 174 战斗截击机中队，爱荷华州 ANG
第 181 战术战斗机大队，印地安那州 ANG
最后一架 F-100D 于 1979 年从 ANG 退役。
1964 年初，空军雷鸟飞行表演队使用共和 F-105 雷公替换 F-100C，后来发现这是一个错误。在 5 月的一次 F-105 重大飞行事故后，USAF 决定为雷鸟重新装备 8 架经过飞行表演的 F-100D。雷鸟从 1964 年 7 月起开始操作 F-100D 直到 1968 年 11 月，此后换装 F-4E 鬼怪。
雷鸟的 F-100D 1967 年 10 月 21 日，雷鸟在德克萨斯州劳林（Laughlin）空军基地飞行表演，梅里尔.A. 麦克皮克（Merrill A. McPeak）上尉驾驶 F-100D（55-3520）进行单机表演时突然解体，幸运的是飞行员安全弹射。由于金属疲劳导致的一系列机翼裂纹最终酿成这场惨剧，雷鸟临时停飞其余的 F-100，并对机翼进行加固。在越南，相同原因也造成了一些损失，整个 F-100D 机队被限制做大于 4G 的机动，直到所有飞机的机翼箱形结构得到完全的修理，但是直到 1969 年这些维修工作还未全部完成。
F-100D 的安全记录远低于期望，1956 年中期到 1970 年中期，在事故中损失了超过 500 架飞机——这远大于越南战场损失的数量。其中许多事故是由于飞行员失误造成的，但如果你在 F-100 上犯了错误，将不会得到宽恕，在着陆时的失误是致命的，压缩机失速也是一个大问题，如果飞行员试图迅速推动油门，那么压缩机失速就会接踵而至。
F-100D 56-3440 储存在马里兰州的史密森学会（Smithsonian Institution）的保罗.E.盖博（Paul E. Garber）仓库中。
一架雷鸟涂装的 F-100D 在俄亥俄州莱特-帕特森空军基地的 USAF 博物馆展出。
F-100D 性能规格表：
发动机：一具普拉特&惠特尼 J57-P-21/21A 涡轮喷气发动机，最大推力 4,626.91 千克，加力推力 7,257.90 千克。
尺寸：翼展 11.82 米，全长 15.24 米，全高 4.95 米，翼面积 37.22 平方米。
性能：最大速度 1,238.93 公里/小时（海平面，无外挂），1,390.18 公里/小时（1.3M，10,972.80 米，无外挂）。初始爬升率 5,791.20 米/分，到达 10,668 米高度耗时 2.3 分。实用升限,11,003.28 米，作战升限 14,538.96 米，极限升限 15,240 米。正常航程 859.21 公里，最大航程 3,209.96 公里。内部燃料总容量 6,582.12 升，挂载副油箱后总容量 8,096.12 升。空重 9,525.99 千克，正常起飞重量 13,085.54 千克，最大起飞重量 15,845.81 千克。
军械：4 门 20 毫米庞蒂亚克 M-39 机炮，翼下 6 个挂架，共可挂载 3,193.48 千克载荷。可以挂载常规炸弹、副油箱、火箭弹，后期型可挂载一枚 MK-28 或 Mk-43/57/61 核弹，及 4 枚 AIM-9B/E/J 响尾蛇导弹。
ZEL F-100
1950 年代中期，北约组织的官员担心苏联的核弹突袭可能摧毁盟军机场和停放于地面的飞机，使北约无力报复。其中一个解决方法是将战斗机疏散进远离机场并且具有核防护能力的掩体中，核打击过后，这些飞机可以在一个特制支架上通过火箭助推起飞，这个概念就是零距离发射——ZEL，Zero-Length Launch。
发射架上的 F-100D 1956 年 10 月 12 日，北美航空获得合约，使最后一批 148 架 F-100D 具有 ZEL 能力。USAF借给北美两架 F-100D（56-2904 和 56-2947），进行 ZEL 的系统测试。
北美航空的火箭推进分部研制了一种固体火箭发动机，可以安装 F-100D 后机身底部。该发动机可以产生 58,970.44 千克的推力并持续四秒，足够使 F-100D 在 4 秒内速度从 0 加速到 482.70 公里/小时。火箭发动机在燃料耗尽后脱落，超配刀凭借自身动力继续爬升。
在进行实机发射前，先进行了 5 次配重发射，其中首次发射于 1957 年 12 月 12 日进行。
1958 年 3 月 26 日，进行了首次 F-100D 实机发射。试飞员阿尔.布莱克本（Al Blackburn）爬入 56-2904，启动发动机，将油门置于全加力状态，然后点燃了火箭发动机。在 4 秒内，他加速到 482.70 公里/小时飞向天空，火箭发动机脱落后，布莱克本进入了标准起落航线安全着陆。
但在他的第二次飞行中，火箭发动机在烧尽后没有脱落，布莱克本不得不弹射。接下来的 20 次试射都很成功，飞机挂载着标准外挂（包括核弹模型）顺利升空。
虽然整个 ZEL 系统可靠性高，操作起来也简单，却从未实际使用过。
F-100F
F-100F 可以看作是 F-100D 的双座教练型，项目起始于 1954 年 5 月 10 日北美公司对 F-100 超音速教练型的研究。超配刀在服役初期事故率高得惊人，人们认为其中部分原因是飞行员缺乏经验，于是需要一种双座教练型来帮助飞行员尽快熟悉这种新型超音速飞机。1954 年 9 月 2 日，USAF 提议借给北美航空一架标准的 F-100C，用于改装 TF-100C 教练机。
F-100F 的原型机，TF-100C 54-1966 1955 年 12 月，空军订购了 259 架 TF-100C，但随着 F-100D 的采购，教练型也相应提升至 F-100D 标准。
F-100C 54-1966 被借给北美用于双座布局的改装，改装完成后的 TF-100C 于 1956 年 8 月 3 日首飞，试飞员是北美公司的阿尔文.S.怀特（Alvin S.White），公司型号 NA-230。TF-100C 原型机仅在外形上改成双座，后座舱内部并没有安装设备。1957 年 4 月 9 日，TF-100C 在一次尾旋测试中未能改出，飞机撞向地面，幸运的是试飞员鲍勃.贝克安全弹射。
此时，超配刀教练机被要求具备完全的作战能力，公司型号 NA-243，USAF 将其型号改为 F-100F。F-100F 具有与 F-100D 相同的翼下载荷能力，但是内部军械从 F-100D 的 4 门 20 毫米炮减少到两门，前座舱保留了军械的所有控制机构。
丹麦空军 F-100F 的座舱特写
第一架生产型的 F-100F（56-3725）于 1957 年 3 月 7 日首飞，飞行员是北美公司的盖奇. 梅斯（Gage Mace）。
第一架 F-100F 的处女航 F-100F 从 1958 年 1 月起向 USAF 交付，到年底大多数驻海外单位装备了 F-100F。
F-100F-20-NA（公司型号 NA-255）是应太平洋空军的要求而特别发展的型号，装备有一套导航系统，包括 AN/ASN-7 航位推算计算机，PC-212 多普勒雷达和标准 J-4 罗经系统。另外采用了修改过的襟翼系统，在襟翼前缘内安装了顺翼展方向的管道，用于将下表面的空气引导到上表面，减小着陆时的抖振。襟翼的最大偏转角度为 40 度，而标准型 F-100D 和 F 则为 45 度。
最后一批 339 架 F-100F 于 1959 年 10 月间交付，这些飞机全部在北美航空的洛杉矶厂生产，其中 45 架是为海外军援计划特别生产的。
1959 年，15 架 F-100F 经过改装可以携载 GAM-83A 小牛头犬空地导弹。
由于与 F-100D 的基本机体结构相同，所以 F-100F 遇到与 F-100D 相同的发动机失效、机翼结构疲劳、零备件的不足的情况也就不足为怪了。1962 年，所有 F-100F 随同 F-100D 单座型一起进行了“钢丝计划”标准化改装。
当美国在 1964 年开始轰炸北越，美国飞机的作战损失也随之开始，其中大部分损失是由于北越日益有效的雷达制导地空导弹所引起。USAF 意识到对付地空导弹威胁最好的办法就是迫使其制导雷达关机或干脆摧毁它，使敌人的导弹发射场致盲。
1965 年，一些 F-100F 经过改装用于识别、标定、攻击北越的萨姆导弹发射场，尤其针对萨姆的引导雷达装置。应用技术公司（Applied Technology Inc.）做许多先期工作，这家公司以为 U-2 发展的电子对抗设备为基础研制出一套反萨姆设备，在最后定型的系统中，F-100F 装备了 AN/APR-25 雷达导航和告警接收机，可以探测出北越 SA-2 火控雷达的 S 波段信号以及改进型 SA-2 系统的 C 波段信号，并且还可以探测到北越战斗机机载截击雷达的 X 波段信号。座舱内安装了“威胁仪表板”，其中包括一个用于显示威胁信息的阴极射线管。AN/APR-26 接收机专用于探测敌制导雷达在发射导弹时产生的功率变化，并在座舱仪表板以红色闪烁信号灯告警敌方已发射萨姆导弹。IR-133 接收机具有比 AN/APR-25 导航和告警接收机更高的灵敏度并可以通过分析信号源指出威胁性质。
全副武装的 F-100F 野鼬鼠机，序列号无法辨识
经过改装的 F-100F 对雷达的攻击武器包括 20 毫米机炮以及两具 LAU-3 火箭巢，每具内装 24 枚火箭。伴随行动的普通 F-100F 战斗轰炸机则使用常规炸弹攻击目标。这项计划被称为“野鼬鼠”（Wild Weasel），因为这种凶猛的小型哺乳动物会进入猎物的洞穴中进行捕杀。
F-100F 野鼬鼠一共有 6 架，序列号为 58-1221，1226，1227，1231，1212，1232。第一架 F-100F 野鼬鼠 I 在 1965 年 11 月抵达东南亚，并在 12 月 3 日进行了首作战任务。此类任务的代号为“铁手”（Iron Hand），通常 4 架 F-105 伴随一架 F-100F 野鼬鼠出击，F-100F 负责对目标进行识别和并使用机炮和火箭进行标记，F-105D 负责轰炸。
1965 年 12 月 22 日，F-100F 58-1226 野鼬鼠首开摧毁萨姆导弹之纪录 1966 年 2 月 27 日，另外 3 架野鼬鼠 I 飞机抵达东南亚，参与到“铁手”任务中去。稍后，F-100F 可以携载 AGM-45A 百舌鸟（Shrike）反辐射导弹，具备了更强大的打击能力。百舌鸟导弹为被动制导，可以沿着敌方雷达波束一直追踪到发射机。1966 年 4 月 18 日，F-100F 在攻击北越雷达站时第一次使用了百舌鸟导弹。
F-100F 58-1221 野鼬鼠进行空中加油 1967 年 8 月 11 日，小詹姆斯.E.麦金纳尼（James E. McInerney Jr）中校和佛瑞德.香农（Fred Shannon）上尉驾驶 F-100F 在一次“铁手”任务中摧毁了 6 个萨姆发射场并破坏了另外 4 个，为攻击河内的保罗.杜梅（Paul Doumer）大桥扫清了道路。
F-100F 野鼬鼠I最后被证实共获得了 9 个萨姆雷达战绩，另外还有一些未经证实的战果。由于野鼬鼠的活动，敌方雷达经常被迫关机，两架 F-100F 野鼬鼠 I 战机在行动中损失。
野鼬鼠概念经过验证成功后，F-100F 野鼬鼠 I 最后被 F-105F 野鼬鼠 III 和 F-4 野鼬鼠 IV 所取代。
F-100F 也被用作前进空中管制（FAC）飞机，取代诸如塞斯纳 O-2 空中霸王（Skymaster）之类的轻型飞机。这是因为敌防空火力对轻型飞机的威胁越来越大，尤其是在部署有萨姆导弹、高射炮或者有米格机威胁存在的区域，轻型飞机更本无法生存。F-100F 的后座乘员配备有地图和手持式弹着点照相机，并通过无线电与攻击编队中的其他飞机通讯。当攻击编队飞抵目标上空，飞行员会标记出目标，后座乘员会引导编队实施攻击，这些高速 FAC 任务的代号为“薄雾”（Misty）。
当 F-105 和 F-4 的数量逐渐增多后，F-100F 开始从空军退役并转移至 ANG。ANG 在 1958 年已接收了首批 6 架 F-100F，但是由于越战的需要，ANG 在 1960 年代末之前获得的 F-100F 数量不多。1970 年代起，USAF 加速向 ANG 转移 F-100F，到 1972 年 6 月，几乎所有的 F-100F 都从空军中退役，在 ANG 中服役的数量超过百架。
ANG 的 F-100F 虽然 F-100F 最初被设计来作为教练机帮助飞行员熟悉超音速飞行，但是糟糕的安全记录与 F-100D 不分伯仲，大约四分之一的 F-100F 毁于事故。这只能说明超配刀家族极高的事故率不是飞行员缺乏训练造成的，而来自飞机本身。
首架 F-100F（56-3725）被 USAF 系统司令部航空系统分部改装用于高速进场和着陆试验。这是为 X-15 和 X-20 动力滑翔航天飞机进行的一项试验。由于着陆速度提高，必须具备更好的减速能力，所以去掉了 F-100F 的着陆伞和加力燃烧室，代之以可在飞行中使用的反推装置，另外标准的机腹减速板被面积大三倍的带孔减速板所取代。所有这些使 F-100F 能以 370.07 公里/小时的速度着陆而不是原先的 249.40 公里/小时。
F-100F 性能规格表：
发动机：一具普拉特&惠特尼 J57-P-21/21A 涡轮喷气发动机，最大推力 4,626.91 千克，加力推力 7,257.90 千克。
尺寸：翼展 11.82 米，全长 15.24 米，全高 4.95 米，翼面积 37.22 平方米。
性能：最大速度 1,222.84 公里/小时（海平面，无外挂），1,370.87 公里/小时（10,668,米，无外挂）。初始爬升率 7,254.24 米/分。实用升限 13,685.52 米，作战升限 15,544.80 米。正常航程 576.02 公里，最大航程 2,082.05 公里。内部燃料总容量 4,897.79 升。空重 9,848.97 千克，正常起飞重量 14,249.53 千克，最大起飞重量 17,746.47 千克。
军械：2 门 20 毫米庞蒂亚克 M-39 机炮，翼下 6 个挂架，共可挂载 2,268.09 千克载荷。
F-100 在海外
超佩刀曾在另外的 4 个国家和地区服役，分别是法国、丹麦、土耳其和台湾。
法国：
法国空军是首个装备超配刀的外国空军。1958 年 5 月 1 日，第一架超配刀抵达法国，这是一架 F-100F 双座型。最终有 85 架 F-100D 和 15 架 F-100F 提供给法国，装备第 3 和 11 两个中队。由于此时法国还是完全的北约成员国，所以法国的超配刀最初被编入北约第4联盟战术空军并部署在德国。
法国 F-100D 42156，摄于 1976 年，英国 在美国卷入越南之前很久，法国的超配刀就已经执行过战斗任务，从法国境内的基地起飞攻击阿尔及利亚的目标，镇压阿独立运动。
当查尔斯.戴高乐（Charles De gaulle）总统因不满美国在北约的霸主地位，于 1967 年宣布法国退出北约一体化指挥系统后，法国空军部署在德国的 F-100 都返回法国境内的基地。
法国最后一架超配刀在 1977-78 年间退役，被英法联合研制的美洲虎（Jaguar）攻击机所取代。幸存的超配刀交还给美国，并飞往英国封存，最后被拆毁。
丹麦：
丹麦空军自 1959 年 7 月起装备 F-100D/F，总数为 48 架 F-100D 和 10 架 F-100F，这些飞机取代了丹麦空军的共和 F-84G 雷电喷气战斗轰炸机，主要用于近距空中支援任务，次要任务是防空和海上攻击，装备第 725 中队和第 727 中队。
F-100F 丹麦，1973 丹麦空军的 F-100D 安全记录糟糕，机队数量的三分之一在事故中损失。丹麦的 F-100 反复经历停飞-复飞-停飞数次，在 1980 年代初装备了通用动力 F-16A 之后，终于全面退役。一些前丹麦空军的 F-100 被转交给土耳其。两架 F-100F（56-3870 和 56-3908）成为第 727 中队基地的大门标志，F-100F 56-3927 被丹麦博物馆保留。
F-100F 丹麦博物馆
土耳其：
土耳其空军 1950 年代末开始陆续接受了 206 架 F-100C/D/F 超配刀。这些飞机大部分是前 USAF 的存货，也有一些来自丹麦。土耳其空军的 5 个中队装备了超佩刀：第 111、131、132、171、178 中队。土耳其的超配刀曾用在 1974 年与希腊的冲突中。最后一架土耳其 F-100D 在 1982 年退役。
土耳其空军的 F-100D
台湾：
台湾空军主要装备早期的 F-100A 型，是除美国之外唯一装备 F-100A 型的空军。实际上台湾获得的第一架超佩刀是 F-100F 教练型，于 1958 年 10 月抵达，随后是 1959 年的 15 架 F-100A，以及 1960 年的 65 架 F-100A。1961 年末，又获得了 4 架无武装的 RF-100A 和 38 架前 ANG 的 F-100A，使台湾空军的 F-100A 总数达到 118 架，获得了 F-100A 总产量的半数。台湾空军的 F-100A 在交付前大多经过翻新，安装了 F-100D 的垂尾和 AN/APS-54 护尾雷达，并且也具备发射响尾蛇空空导弹的能力。1959 年 10 月，一架经过翻新的 F-100A 在空军飞行测试中心进行测试。
台湾空军的超配刀执行了对大陆上空的情报收集任务，有几架飞机被击落。
台湾 F-100F
QF-100 靶机
F-100 退役后多年，众多老旧的 F-100D 被改装为无人驾驶靶机，为陆军空地导弹和空军空空导弹的测试和训练提供了逼真的目标，这些飞机型号被重定为 QF-100。
1979 年 8 月，斯佩里（Sperry）飞行系统公司获得了改装 9 架 QF-100 靶机的合约，其中两架为 YQF-100 验证机，保留了完整的座舱操控系统以便飞行员进行操纵评估，其余 3 架按照 USAF 标准靶机构型进行改装，剩下 3 架则根据陆军的要求改装，最后一架为双座型。用于改装的 8 架 F-100D 序列号分别为 55-3610，55-3669，56-2912，56-2978，56-2979，56-3048，56-3324 和 56-3414，F-100F 序列号为 56-3984。1981 年 11 月 19 日，QF-100在佛罗里达州廷德尔（Tyndall）空军基地进行了首次无人飞行。
56-3414 在完成了最初的测试后，总数为 209 架的 F-100D 被特拉科（Tracor）飞行系统公司改装为 QF-100 并存放在亚历桑那州的戴维斯-蒙森（Davis-Monthan）空军基地。改装后的飞机机鼻、垂尾，各翼面顶端被施以明亮的橘红色涂装，并安装了额外的刀形天线用于接收地面站的无线电控制信号。最后一架 QF-100 在 1985 年 4 月完成改装。
起飞时，QF-100 靶机由跑道两端的控制员负责遥控，升空后，坐在固定地面站内的第三个控制员接收靶机的控制。在靶机飞往靶场途中，一套双重冗余的系统发挥着作用以策安全，进入靶场后，控制员可以选择预先存放在机载计算机内的机动模式，增加对抗难度。如果靶机在任务中幸存，它将飞回基地，在跑道两端的控制员的遥控下着陆。
QF-100 也被用于 AMRAAM 先进中程空空导弹的测试中，1985 年 9 月 17 日，AMRAAM 首次击落了一架 QF-100。靶机的平均寿命是十次飞行。