Выпущенные в большом количестве (4455 штук) истребители F-84 с прямым крылом все же не удовлетворяли военных, и было решено поднять их летные качества хотя бы до уровня истребителя F-86. Чтобы хоть как-то свести к минимуму затраты на разработку усовершенствованного «Тарндерджета», решили использовать до 60% оснастки и комплектующих от предыдущего варианта. Вариант F-84 со стреловидным крылом имел довольно много отличий от предыдущего и поэтому получил обозначение XF-96A. Был заказан всего один опытный экземпляр.
Для ускорения работ была выбрана последняя модификация истребителя F-84E. Фюзеляж будущего истребителя практически не отличался от фюзеляжа F-84E. Размах совершенно ново го стреловидного крыла остался прежним, а вот площадь увеличилась на 6 м2. Хвостовое оперение также стало стреловидным, а стабилизатор немного выше. На строительство нового истребителя ушло всего 167 дней. Как и предыдущие опытные модели фирмы, самолет был разобран и перевезен на транспортном самолете на авиабазу Мюрок. Там его принял ответственный за летные испытания фирмы «Рипаблик» Отто Хаас, который 3 июня 1950 г. совершил первый полет. Максимальная скорость стреловидного истребителя увеличилась до 1109 км/ч, но с возрастанием высоты летные данные заметно снижались.
Начавшаяся война в Корее повлияла на судьбу нового истребителя, началось полномасштабное финансирование. В июле 1950 г. был подготовлен предварительный контракт на окончание разработки и начало серийного производства F-96A. Официально в aавгусте 1950 г. самолет получил обозначение XF-84F и имя «Тандерстрик». Чтобы улучшить летные данные на больших высотах, скороподъемность и взлетно-посадочные характеристики, решили установить на него английский двигатель с осевым компрессором «Сэлфайр». Вскоре было решено приобрести лицензию на этот двигатель, который получил обозначение J65. Из-за большего диаметра английского двигателя пришлось провести доработку фюзеляжа. Первый опытный самолет с переоборудованным фюзеляжем и новым двигателем совершил первый полет 14 февраля 1951 г.
Серийное производство нового истребителя задерживалось из-за того, что для производства требовались крупные прессованные детали, используемые в конструкции крыла. Единственный пресс был занят производством деталей для бомбардировщика В-47, мало того, вскоре этот пресс сломался. Было решено внести изменения в конструкцию крыла самолета, обеспечив его производство с использованием имеющегося станочного парка. Первый серийный истребитель поднялся в воздух только осенью 1952 г. Серийным выпуском занималось два завода, всего до 1957 г. было выпушено 2711 самолетов F-84F. Этот самолет поставлялся в страны НА ГО, и некоторые машины дослужили до конца 1970-х гг.
Построенный истребитель F-84F хоть и имел стреловидное крыло, но все же уступал в скороподъемности предыдущим модификациям. Для поднятия летных характеристик было предложено установить новый более мощный двигатель J73. Из-за большего диаметра двигателя пришлось переделать фюзеляж самолета на двух серийных F-K4F. Первый прототип с этим двигателем совершил свой первый полет 7 мая 1954 г. Самолет показал максимальную скорость М = 1,09, но в серию запушен не был из-за чересчур больших расходов для изменения сборочных линий на заводе.
На базе истребителя F-84F был построен самолет-разведчик RF-84F. Для установки фотоаппаратуры на самолет была переделана носовая часть фюзеляжа. Самолет был выполнен с боковыми воздухозаборниками и носовым конусом с установкой целой батареи фотоаппаратов. Шесть фотокамер смотрели вперед, вниз, в стороны и под углом. Камеры, смотрящие вниз, закрывались створками. Серийный выпуск самолетов-разведчиков, получивших обозначение «Тандерфлэш», начался с 1952 г.
Самолет представляет собой моноплан со среднерасположенным стреловидным крылом.
Угол стреловидности крыла по линии 25% хорд 40°, а угол поперечного V = —3,30°. Механизация состоит из предкрылков и щелевых закрылков. Фюзеляж — типа полумонокок, овальною сечения. Воздухозаборник разделен вертикальной перегородкой, в которой установлены приемник воздушного давления и антенна радиолокационною дальномера стрелкового прицела. По бокам фюзеляжа размешены воздушные тормоза.