В сентябре 1940 года ВВС США получила новый истребитель P-43 Lancer. Но уже к этому времени недостаточно маневренный с невысокой скороподъемностью самолет считался устаревшим. Для его замены было заказано 80 самолетов P-44 Rocket, которые отличались от предшественника более мощным двигателем Pratt Whitney R-2180-1 (1400л.с.) и двумя дополнительными пулеметами. Внешне самолет отличался более длинной носовой частью. Однако весной 1940 года после анализа первых воздушных боев с Люфтваффе стало ясно, что и P-44 не отвечает современным требованиям и контракт на их разработку был отменен.

Новый контракт предусматривал создание дальнего, скоростного, высотного и хорошо вооруженного истребителя сопровождения. Вооружение должно было состоять по крайней мере из шести 12.7-мм пулеметов, предусматривалось протектирование баков и бронезащита пилота.

Одновременно с P-44, компания вела проект AP-10 - легкого истребителя с двигателем Allison V-1710 жидкостного охлаждения, вооруженного парой 12.7-мм пулеметов. USAAC присвоила проекту название XP-47. Но концепция легкого истребителя, сторонником которого был конструктор Картвели, потерпела крах. Даже улучшенный вариант XP-47A не соответствовал требованиям, а резервов развития конструкция не имела. Крыло ХР-47 не подходило для установки пулеметов. Картвели был вынужден направить все усилия инженерно-технического персонала Republic на проект XP-47В, который не имел практически ничего общего с XP-47A. Вся предыдущая работа сразу оказалась бесполезной тратой времени и средств. Прототипы ХР-47 и ХР-47А закончены до конца не были.

В основу XP-47B легли идеи Северского, который утверждал, что любые новые проекты истребителя должны иметь как можно более высокие скорость, высоту и дальность полета. USAAF наотрез отказались финансировать новые проекты Северского, что в конечном счете привело к его отставке с поста президента фирмы.

Основная компоновка кабины осталась прежней, но увеличилась длина фюзеляжа и размах крыла, изменилось хвостовое оперение. В качестве силовой установки был выбран двигатель Pratt Whitney R-2800 Double Wasp. Вес нового истребителя оказался весьма большим и превышал вес некоторых легких бомбардировщиков начала Второй мировой войны. Турбокомпрессор разместили в хвостовой части, что хотя и привело к некоторому увеличению веса системы, но позволило укоротить носовую часть и улучшить обзор из кабины, а выхлопные газы двигателя попадали в турбокомпрессор уже охлажденными, что существенно повысило надежность его работы.

Для полной реализации большой мощности двигателя R-2800 на самолете применили четырехлопастный пропеллер изменяемого шага диаметром 3,7м. Большой диаметр пропеллера требовал длинных стоек шасси, но при этом в крыле не оставалось места для пулеметов. Для решения этой проблемы на самолете применили телескопические стойки: в убраном положении длина стойки уменьшалась на 225мм. Фюзеляжные топливные баки были протектированными. Спереди летчик был защищен двигателем, бронеплитой и лобовым бронестеклом, сзади - бронеспинкой и турбокомпрессором, повреждение которого не приводило к потере самолета. Необычным элементом конструкции истребителя ХР-47В была специальная стальная ферменная лыжа, установленная под фюзеляжем, которая предохраняла самолет от разрушения при вынужденной посадке с убранным шасси.

В мае 1941 года истребитель был готов к первому полету. На испытаниях XP-47B полностью оправдал надежды и разработчиков и заказчика. Объединение воздухозаборника турбокомпрессора, маслорадиатора и двигателя позволило сделать носовую часть фюзеляжа хорошо обтекаемой. Несмотря на большую площадь поперечного сечения, фюзеляж в результате такой компоновки получился аэродинамически весьма совершенным. Форма фонаря кабины летчика, заостренный в носовой части и переходящий сзади в длинный тонкий гаргрот, была выбрана после продувок в аэродинамической трубе. Крыло с довольно высокой удельной нагрузкой, имело в плане форму, близкую к эллиптической, что снижало индуктивное сопротивление крыла. В результате коэффициент лобового сопротивления на режиме максимальной скорости у самолета Р-47 оказался меньше, чем у основных истребителей противника - Messerschmitt Вf.109 и Foсke-Wulf Fw.190.

Вооружение ХР-47В первоначально состояло из шести 12,7-мм пулеметов Colt-Browning, позже добавилось еще два. Хотя в США не было эффективных авиационных пушек, пулеметы Colt-Browning калибра 12,7мм считались одними из лучших в мире. По дульной мощности (величина, пропорциональная произведению веса пули, квадрату ее начальной скорости и скорострельности) эти пулеметы превосходили немецкие пушки МG-FF калибра 20мм. Наличие на истребителе Р-47 восьми крупнокалиберных пулеметов с большим боезапасом сделало его самым мощным по вооружению одномоторным истребителем мира.

С началом войны с Японией в конце ноября 1941 года, США срочно требовались истребители, которые могли бы бороться с японским истребителем Zero. Несмотря на проведение к этому времени уже половины программы летных испытаний, компания Republic никак не могла справиться со всеми "детскими болезнями" Р-47 и самолет по прежнему еще не был готов к запуску в крупную серию. Первый P-47B Thunderbolt был передан для войсковых испытаний 21 декабря 1941 года. Выявленые серьезные недостатки, такие как вибрации и разрушение хвостового оперения на больших скоростях, невозможность открытия двери кабины в полете, чрезмерные усилия на органах управления - были устранены только к маю 1942 года и самолет начал поступать на вооружение. Полотняная обшивка рулей высоты и направления была заменена на металлическую, изменена форма элеронов, самолет оснастили радиостанцией SCR-283. Доработки несколько увеличили вес машины, но возросшая мощность нового серийного варианта двигателя обеспечила увеличение скорости до 439 миль в час.

Несмотря на снижение некоторых характеристик, самолет произвел на всех огромное впечатление. К лету 1942 года в мире имелся лишь один серийный самолет, который мог сравниться с Р-47В на высотах более 6000м - советский МиГ-3. Но МиГ-3 имел слабое вооружение и бронирование, а в пилотировании был очень строг и не прощал пилоту никаких ошибок.

Первые серийные P-47B имели дверь кабины автомобильного типа, котрую было невозможно открыть в полете. Но уже на четвертом экземпляре был установлен фонарь сдвижного типа. Кроме того, для улучшения переднего обзора кабина пилота была приподнята на несколько дюймов. Всего до сентября 1942 года был изготовлен 171 экземпляр Р-47В. Все самолеты использовались только для испытаний и обучения пилотов и никогда не участвовали в военных действиях.

Работа над новой полностью боеспособной моделью самолета, получившей обозначение Р-47С, завершилась летом 1942 года. Внешне самолет был подобен P-47B, но имел усиленный и несколько измененный хвостовой стабилизатор с металлической обшивкой рулей и новый руль направления. Было установлено новое радиооборудование, улучшены шасси и система управления. Для облегчения замены двигателя перед противопожарной перегородкой в фюзеляж была вмонтирована 203мм вставка, позволившая применять на самолете комплект "быстрой замены двигателя", который сократил время замены двигателя на 60%. Кроме того удлиненный фюзеляж несколько улучшил управляемость и маневренность самолета за счет смещения центра тяжести. Установка подвесного топливного бака позволяла увеличить дальность полета до 1250 миль. Всего было выпущено более 600 экземпляров P-47C.

P-47D стал основной моделью Thunderbolt, которая была выпущена крупной серией. Первые P-47D очень немного отличались от предыдущей модели. Были сделаны некоторые изменения в выхлопной системе турбокомпрессора и системе охлаждения двигателя, усилена бронезащита пилота. Внешний вид самолета почти не изменился.

К выпуску самолета в конце 1942 года присоединилась компания Curtiss-Wright, которая выпускала Thunderbolt под обозначением P-47G. Самолеты производства Curtiss были практически идентичны Р-47С и P-47D производства Republic. Но внедрение усовершенствований на заводах Curtiss сильно отставало от темпов развития Thunderbolt на заводах Republic. Вследствие этого большинство Thunderbolt изготовления Curtiss использовались для учебных целей в США и очень немногие были направлены за рубеж. Производство P-47G было полностью свернуто в марте 1944 года.

Начиная с серии P-47D-4 стали применять двигатель с системой впрыска водно-метаноловой смеси. Впрыск смеси увеличивал чрезвычайную кратковременную мощность двигателя на 15%, но резко снижал ресурс двигателя. Поэтому впрыск смеси разрешался в течение нескольких минут, после чего требовался 10-15 минутный перерыв.

На последующих сериях начали устанавливать универсальные подфюзеляжные скобы для подвески топливного бака или 500-фунтовой бомбы. С осени 1943 года начал применяться новый двигатель с системой впрыска водно-метаноловой смеси Pratt Whitney R-2800-63. От своих предшественников двигатель отличался усовершенствованной системой охлаждения и смазки. Использовать водно-метаноловый форсаж допускалось в течение 15 минут.

На сериях P-47D-15 стали устанавливаться подкрыльные пилоны, которые позволяли нести под каждым крылом сбрасываемый топливный бак или 1000-фунтовую бомбу в дополнение к подвеске под фюзеляжем. Максимальная бомбовая нагрузка увеличилась до 2500 фунтов и состояла из двух 1000-фунтовых бомб под крыльями и одной 500-фунтовой бомбы под фюзеляжем. Позже появилась возможность подвески под каждым крылом трех 114-мм ракет.

Для более полного использования мощности нового двигателя Pratt Whitney R-2800-59 (2300л.с.) на самолет начали устанавливать четырехлопастный винт Hamilton Standard увеличенного до 4,01м диаметра. Это привело к тому, что зазор между между законцовками лопастей и землей составлял всего 15см. Поэтому взлет и посадка стали требовать от пилотов Thunderbolt особой внимательности и осторожности. На части самолетов устанавливались пропеллеры Curtiss Electric диаметром 3,96м.

Опыт боевого применения машин с оригиналным сдвижным фонарем показал, что в хвостовой части для обзора пилота имеется значительное мертвое пространство. Попыткой улучшить задний обзор была установка в полевых условиях на базах RAF так называемого "фонаря Малколма", аналогичного применяемому на истребителе Spitfire. В поисках более подходящего решения на самолет установили каплевидный фонарь от истребителя Hawker Typhoon с наклонным плоским лобовым бронестеклом и убрали гаргрот. Новый фонарь привел к некоторому уменьшению максимальной скорости, зато обеспечивал прекрасный круговой обзор. Модернизированный самолет был готов к июлю 1943 года и обозначен как XP-47K, но в производстве просто присвоили самолету новый номер серии модели D.

Из-за нового фонаря немного изменилась компоновка кабины пилота. На самолете появился новый стрелковый прицел. Для компенсации некоторой курсовой неустойчивости появившейся из-за снятия гаргрота, на самолет начали устанавливать небольшой форкиль.

В ходе производства P-47 непрерывно совершенствовался. Повышалась эффективность силовой установки, системы форсирования и турбонаддува, улучшалось радиооборудование. Появилась возможность установки на самолет 10 пятидюмовых ракет HVAR (High Velocity Aircraft Rocket). Для облегчения выхода из скоростного пикирования под крылом установили тормозные щитки.

В связи с появлением в 1944 году истребителей P-51B Mustang и Bf.109G-5 с двигателем DB.605AS, Thunderbolt потерял подавляющее преимущество на больших высотах, а к концу 1944 года отставание самолета стало очевидным. Всего же с 1942 года до 1945 года компания Republic изготовила 12602 Thunderbolt модели D.

С середины 1942 года начались работы над новыми вариантами Thunderbolt. Одной из первых экспериментальных моделей был облегченный и усовершенствованный вариант XP-47J. Планер был полностью изготовлен заново и заметно отличался от планера стандартного P-47. Конструкция крыла была облегчена, а вооружение уменьшено до шести 12,7-мм пулеметов. Самолет был оснащен двигателем Pratt Whitney R-2800-57, размещенным внутри плотно подогнанного капота. Охлаждение двигателя осуществлялось с помощью вентилятора. Воздухозаборник турбокомпрессора переместили в хвостовую часть фюзеляжа.

Прототип впервые полетел 26 ноября 1943 года. В горизонтальном полете на чрезвычайной боевой мощности самолет достиг скорости 816км/ч на высоте 10450м, став первым самолетом с поршневым двигателем, превысившим скорость 800км/ч. P-47J имел хорошие характеристики набора высоты и пикирования и мог составить конкуренцию даже реактивному истребителю Me-262. Но быстро наладить серийный выпуск на 70% новой машины оказалось сложно и машина так и осталась в единственном экземпляре.

Еще одной экспериментальной машиной стал XP-47H с 16-цилиндровым двигателем жидкостного охлаждения Chrysler XIV-2220-1 взлетной мощностью 2500л.с. Новый двигатель с большим радиатором под фюзеляжем радикально изменил внешний вид Thunderbolt и увеличил его длину почти до 12м. Хотя работы над проектом начались в августе 1943 года, испытательные полеты начались только в июле 1945 года. Точных данных по результатам испытаний нет. Появление реактивных двигателей привело к прекращению работ по развитию истребителей с поршневыми двигателями.

В июне 1944 года немцы начали обстрел Великобритании ракетами V-1. Специальный скоростной вариант P-47M был предназначен для борьбы с неуправляемыми реактивными самолетами-снарядами Fi.103 (V-1) и новыми реактивными самолетами, которые стали поступать на вооружение частей Люфтваффе. Официальная максимальная скорость самолета составляла 470 миль в час, но пилоты докладывали о достижении на больших высотах приборной скорости 500 миль в час.

На самолет установили двигатель R-2800-57 взлетной мощностью 2100л.с. с турбокомпрессором Gencral Electric CH-5. На высоте порядка 10000м благодаря впрыску водно-метаноловой смеси двигатель развивал кратковременную боевую чрезвычайную мощность 2800л.с. Для облегчения выхода из скоростного пикирования под крылом установили аэродинамические тормоза. Все самолеты не имели подкрыльевых пилонов и использовались только как истребители.

Первые P-47M были направлены в Великобританию в январе 1945 года. К этому времени многие стартовые площадки V-1 были захвачены наземными частями союзников, поэтому новый вариант истребителя одержал немного воздушных побед.

В 1945 году на Тихом океане появилась последняя модель Thunderbolt P-47N. Самолет появился слишком поздно для участия в войне в Европе, но на Тихоокеанском ТВД он установил новые стандарты дальности полета для одномоторного поршневого истребителя. Конкуренция с P-51 и P-38 привела к тому, что компания Republic приступила к разработке дальнего варианта P-47N еще в 1943 году. Для размещения топливных баков в крыле были сделаны дополнительные вставки. Новое крыло имело срезанные прямые законцовки, размах увеличился до 12,98м. Первый полет самолет совершил 22 июля 1944 года.

Несмотря на увеличенный размах, самолет имел скорость по крену даже лучше, чем P-47D. Благодаря мощному двигателю, P-47N имел хорошие разгонные характеристики, высокую максимальную скорость и наибольшую дальность среди поршневых одномоторных истребителей ВВС США. Имелась возможность подвески под крылом дополнительного топливного бака или десяти пятидюймовых ракет. На самолеты стал устанавливаться радар AN/APS-13, предупреждавший о приближении самолета со стороны хвостовой части, и автопилот C-1. Всего было изготовлено свыше 1800 самолетов модификации P-47N. В 1947 году обозначение P-47N было изменено на F-47N. Они находились на вооружении резервных частей US Air Force и Air National Guard до 1952 года.