В октябре 1958 г во время очередного обострения "китайско-китайских" отношений 12 F-104A из 82-й эскадрильи были в разобранном виде доставлены на Тайвань. Сами они не могли туда перелететь из-за ограниченной дальности полета. В результате несколько машин получили штанги системы дозаправки топливом, но это так и осталось экспериментом. Принять участие в боях "Старфайтерам" тогда так и не удалось.
К 1959 г проявились технические дефекты самолета, особенно с двигателем: неравномерность работы, выбросы пламени из компрессора, срыв горения в форсажной камере. Произошло несколько катастроф, и полеты были прекращены на некоторое время. Все самолеты были переоснащены на двигатели J79-GE-3B. ВВС тем временем отклонили заказ на 18 тактических разведчиков RF-104, а также на тренировочные TF-104. В начале 1960 г ВВС США решили ограничиться покупкой только 153 F-104A, одновременно "Старфайтеры" стали передаваться в ВВС национальной гвардии. Первой получила F-104A 157-я эскадрилья перехватчиков на базе Макзнтир, потом 151-я в Тизоне, 197-я в Скаухарборе. С возникновением берлинского кризиса их перебросили в Европу, 157-ю – в Испанию, а 151 -ю и 197-ю – в Западную Германию на базу в Рамстейне. Лишь в конце 1962 г эскадрильи национальной гвардии вернулись в США, но с октября разразился новый кризис – кубинский.
К этому времени в штабе ВВС уже оформилось мнение о F-104, как об идеальной "пожарной команде". Простота самолета и его обслуживания (все наземное оборудование на 21 прицепе небольшого размера легко перебрасывалось по воздуху), отличные летные данные позволяли быстро перемещать его для прикрытия с воздуха важных объектов. Не удивительно, что в 1963 г F-104 забрали из ВВС национальной гвардии и вооружили ими 319-ю и 331-ю эскадрильи ПВО, находившиеся во Флориде. 319-я эскадрилья оставалась во Флориде с F-104A до декабря 1969 г, а 331-я во время вторжения американцев в Доминиканскую республику в мае 1965 г была переброшена в Пуэрто-Рико. Именно здесь во время кубинского кризиса произошло первое столкновение F-104A со своим основным "заочным" противником – МиГ-21. Американцы активно использовали свои самолеты для демонстрации силы, совершая полеты над Кубой на малой высоте. Среди советских частей, прибывших на Кубу был гвардейский истребительный полк с Кубинки, только что перевооруженный на МиГ-21 Ф. Открывать огонь по одиночным американским самолетам запрещалось, но у советских летчиков родилась идея принудить к посадке один из F-104. В результате нескольких таких попыток, конечно, ничего не получилось – "прижать" сверхзвуковой самолет дело весьма сложное – но "взаимное маневрирование" показало полное превосходство МиГ-21 над "Старфайтером".
F-104A недолго пробыл на вооружении ВВС, но неожиданно попал во флот! ВМС также мечтали попасть в клуб "Двух Махов", но их собственный истребитель "Чане Воут" F8U "Крусейдер" еще не был готов. В результате в 1959 г флот взял внаем три "Старфайтера": YF-104A (№55-2956) и два F-104A (№№56-0740 и 0757). Они комплектовались экипажами из 83-й эскадрильи и испытывались на базе флота Чина-лейк в 1960-61 гг. Причем оба F-104A разбились. Этот каприз судьбы интересен тем, что F-104 носил полную маркировку флота.
Уникальные скоростные качества самолета привлекли к нему внимание разработчиков новых вооружений. В течении 1959 г "Локхид" вместе со "Сперри-Феникс компани" приступили к переоборудованию "Старфайтера" в "двухмаховую" мишень QF-104A. Первые полеты были проведены в конце 1960 г, а всего было переделано 22 самолета первых серий. С них снималось все боевое вооружение, был установлен приемник системы управления, телеметрия, оптические и электронные системы контроля, дымогенератор, самоликвидатор, была увеличена емкость баков. Сохранилась возможность управления самолета пилотом. Интересно, что катапультируемое вниз сиденье пилота было заменено на "нормальное" фирмы "Локхид" – С-2, что обеспечивало лучшие шансы на выживание. Во время эксплуатации QF-104A редко уничтожались и обычно спасались для повторных стрельб. Например, так они использовались для испытаний зенитных ракет "Бомарк" IM-99A и IM-99B. QF-104A также использовались для доводки двигателя J79-GE-3A и решения проблем с уборкой шасси. Паро- доксально, но летающие мишени QF-104A протянули дольше, чем собственно "Старфайтеры" в составе ПВО и тактическом командовании – до начала 1970 г.
Снятые с вооружения F-104A передавались союзникам США. Первыми их в 1960 г получили гоминдановцы – 26 F-104A и F-104B. Часть из них позже была передана Иордании и Пакистану. Довольно много F-104A получила Иордания. После "шестидневной" войны Иордания потеряла почти все самолеты своих ВВС. Поставки F-104A начались еще до войны, но потом американцы хотели от них воздержаться. Тогда король Хусейн пригрозил закупить советские МиГ-21, и американцы быстро "передумали". Поставки возобновились с середины 1969 г. Всего было получено 22 F- 104А и В, поступившие в 9-ю эскадрилью. В ноябре F-104A уже участвовали в боях на стороне мятежников против самого Хусейна. С 1979 г иорданские "Старфайтеры" стали заменяться на F-5E "Тигр"-II.
Пакистан стал единственной страной, чьи F-104A действительно вступили в бой со своим теоретическим противником многочисленных "научных" трудов по боевой авиации – МиГ-21. Всего Пакистан получил 12 F-104A/B. В бой они пошли еще в 1965 г. Во время войны 1971 г F-104A вели довольно активные воздушные бои против индийских ВВС. Так 4 декабря F-104 якобы сбили Су-7 и "Гнат" (индийцы утверждали, что все потерянные ими Су-7 были сбиты зенитным огнем). 12 декабря состоялся первый воздушный бой между двумя F-104A, штурмовавшими индийский аэродром на побережье залива Куч, и "МиГами". Один F- 104А был сбит пушечной очередью МиГ-21 ФЛ с предельной дистанции. Победу одержал лейтенант Сони. В последний день войны – 17 декабря состоялось еще два боя. Около Уттаслаи одиночный F-104A был перехвачен МиГ-21 и сбит ракетой и пушкой, а третий F-104A был сбит под Умаркотом. Он первым вышел в атаку на МиГ-21, но проиграл бой на виражах, где преимущество было явно за МиГом. Такая активность в последние дни конфликта явно давно изношенных пакистанских самолетов объяснялась просто – 10 F- 104 были предоставлены в наем Иорданией вместе с пилотами. Обратно вернулось шесть… Индийцы утверждали об уничтожении еще одного F-104 в последний день конфликта, а пакистанцы утверждали, что он потерпел аварию. Американские историки потом писали, что F-104 не планировал для для маневренного боя на малых высотах, но если он был при этом и незапланированным, явно неудачным перехватчиком, то для чего же вообще он создавался?
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.