Для улучшения скоростных характеристик самолета F-84 Thunderjet было решено установить на него стреловидное крыло и хвостовое оперение. Прототип, получивший сначала обозначение XF-96A, построили на базе фюзеляжа серийного F-84E с более мощным двигателем Allison J35-A-25 тягой 23,6кН. Первый полет прототипа состоялся 3 июня 1950 года. Прирост характеристик оказался небольшим, тем не менее компания Republic начала серийное производство истребителя под обозначением F-84F Thunderstreak.

К этому времени в США под обозначением Wright J65 начался выпуск лицензионного варианта британского двигателя Armstrong Siddeley Sapphire. Чтобы установить этот двигатель на самолет пришлось увеличить высоту фюзеляжа, а воздухозаборник получил форму овала. Фонарь кабины открывался теперь вверх-назад, воздушные тормоза установили по бокам фюзеляжа, а горизонтальное оперение сделали цельноповоротным. В результате получившийся самолет имел очень мало общего с исходным F-84E. Задержки с серийным производством двигателя привели к тому, что поставки самолета начались только в мае 1954 года.

Летные характеристики самолета F-84F оказались заметно лучше, чем у F-84G. Но из-за ненадежной работы двигателя производство самолетов стало сокращаться и в 1958 году полностью прекратилось. К этому времени было построено более 2700 истребителей F-84F, половина из которых поступила на вооружение НАТО в Европе. С вооружения самолеты начали снимать в 1964 году, но в Национальной гвардии они оставались до 1972 года.

Самолет F-84F отличался хорошей управляемостью и предсказуемым поведением в воздухе, но имел плохие взлетные и штопорные характеристики. Для разбега ему требовалось более 2000м, а при попадании в штопор на высоте менее 3000м пилот был вынужден катапультироваться. На базе самолета F-84F был создан разведывательный вариант RF-84F, отличавшийся боковыми воздухозаборниками.