В сентябре 1950 года ВВС США предложили самолетостроительным фирмам разработать проект всепогодного перехватчика. Компания Republic ответила сразу тремя проектами. Первый вариант представлял собой модификацию истребителя XF-91 Thunderceptor с дополнительным жидкостным реактивным двигателем. Во втором проекте предполагалось использование обычного турбореактивного двигателя, а третий проект собой перехватчик с реактивно-прямоточным двигателем. Победителем конкурса был признан перехватчик Convair F-102, а компании Republic было предложено построить опытный самолет с прямоточным реактивным двигателем. Проект получил обозначение XF-103 Thunderwarrior.

Перехватчик XF-103 должен был на высоте 18300м развивать скорость М=3, а его практический потолок превышал 24000м. Самолет имел треугольные крыло, киль и стабилизаторы, для повышения маневренности на больших скоростях вместо элеронов применили цельноповоротные законцовки крыла. Шасси убиралось в фюзеляж. Для защиты от аэродинамического нагрева основным материалом для перехватчика был выбран титановый сплав. Широкое применение титана потребовало разработки соответствующих технологических процессов. Для снижения сопротивления и уменьшения нагрева кабина не выступала за границы фюзеляжа, для улучшения обзора вперед установили перископ. Летчик размещался в капсуле, которая катапультировалась вниз.

В качестве силовой установки использовался комбинированный двигатель фирмы Curtiss-Wright, объединяющий в себе турбореактивный XJ67 и прямоточный XRJ55 реактивный двигатели. При этом форсажный контур ТРД и ПВРД были объединены в единый блок. При скорости M=2 воздух из общего воздухозаборника через перепускной канал подавался в ПВРД, минуя турбину. Турбореактивный двигатель использовался на этапах взлета и разгона самолета до скорости включения ПВРД, а также для посадки. Разработка двигателя затянулась, что стало одной из причин провала проекта.

Вооружение самолета XF-103 состояло из шести управляемых ракет класса "воздух-воздух" GAR-1 Falcon, которые размещались в индивидуальных отсеках по бокам передней части фюзеляжа перед крылом и перед пуском выдвигались наружу. Предполагалось также установка 36 НУР Mighty Mouse FFAR калибром 70мм со складывающимся оперением в отсеке в нижней части фюзеляжа, но позже от них отказались. В январе 1957 года в состав вооружения включили ракету с ядерной боеголовкой XGAR-1A Advanced Falcon, а в носовой части отвели место для установки РЛС.

Выкатка первого прототипа XF-103 должна была состояться в феврале 1958 года, но летом 1957 года программа перехватчика была прекращена по бюджетным ограничениям. Построен был только полномасштабный макет.