Три F-104A были выполнены с ракетным двигателем "Роккетдайн" LR-121/AR-2 тягой 2700 кг специально для высотной подготовки космонавтов. Помимо ракетного двигателя они получили хвостовое оперение по типу F-104B и реактивную систему управления на больших высотах. Первый NF-104A (56-076) полетел в июле 1963 г. Самолет был очень сложен в управлении и это послужило причиной аварии, во время которой в январе 1963 г чуть не погиб "Чек" Ягер. Самолеты использовались два года в школе летчиков- испытателей на Эдвардсе.
"И вот мы уже в пилотажной зоне. Несколько "восьмерок" – инструктор проверяет вашу координацию и работу приборов. Маневр начинается на скорости 840 км/ч с перегрузкой 2-3g. В верхней точке она падает до 280 км/ч, прежде чем самолет вновь устремится вниз по петле. Управляемость на небольшой скорости отличная – мы держимся на дистанции всего 5-6 м за ведущим…"
Первоначально "Старфайтер" предназначался для замены "Супер Сейбра" F-100, но F-104A для этого не годился, и "Локхид" продолжила разработку специализированной версии тактического истребителя (модель 183). В результате появился третий серийных вариант – F-104C, совершивший свой первый полет в 1958 г. На левом борту фюзеляжа была установлена штанга дозаправки топливом в полете. На самолет был установлен двигатель J79-GE-7 тягой 4536 кг (7167 кг на форсаже) – на полтонны больше, чем у предшествующей модели. Это позволило расширить "список" боевой нагрузки согласно запросам тактического авиационного командования.
Первый полет F-104C (56-0883) состоялся 17 июля 1958 г в Палкдейке. Самолеты поставлялись в ТАК с сентября 1958 г по июнь 1959 г. Всего было выпущено 77 F-104C. Первой получило их 479-е тактическое истребительное крыло на базе Джорджи в Калифорнии, которое, впрочем, стало практически единственной частью, использующей этот истребитель-бомбардировщик. В течении 1961 г F- 104С были доработаны по программе "Гриндстоун" – усиления вооружения. Дополнительная пара ракет "Сайдуиндер" AIM-9 подвешивалась на специальной пусковой установке под фюзеляжем – уникальной для ВВС США. Во время берлинского кризиса авиакрыло было переброшено в Германию на базу Битбург. Потом авиакрыло пробыло во Флориде до конца кубинского кризиса, а с ноября 1963 г часть F-104C из 479-го крыла использовалась для различных испытательных полетов в Арктике.
В 1965 г "Старфайтеры" из 479-го крыла ТАК появились на базе Да Нанг в Южном Вьетнаме – всего 25 самолетов. Их пытались использовать по наземным целям, обычно с парой 350-кг бомб. Но боевые качества самолета для действий по наземным целям оказались невысокими, и F- 104С все чаще использовались для прикрытия истребителей-бомбардировщиков в качестве "МиГ-КАП". 20 сентября 1965 г майор Смит был сбит над островом Хайнань китайским истребителем МиГ-19, став единственным пилотом F- 104, попавшим в плен. Всего в Юго-Восточной Азии самолеты 479-го крыла совершили 2269 боевых вылетов, потеряв 9 машин. В 1967 г авиакрыло было выведено из Вьетнама. В 1969 г F-104C были сняты с вооружения и сданы на Дэвис- Монсен. Позже оттуда забрали 16 самолетов для вооружения двух эскадрилий перехватчиков национальной гвардии в Пуэрто-Рико – 198-й и 156-й. В 1975 г их окончательно сняли с вооружения и заменили на "Корсары"-Н A-7D.
