Durante 1955 y bajo la designación de F-102B (Air Defence Weapon System WS 201 B), fue desarrollada en la División Convair de General Dynamics de San Diego, California, la proyectada en principio como segunda versión del F-102, pero tantas y tan profundas fueron las transformaciones incorporadas al diseño base, pese a conservar muchos elementos comunes, que el resultado fue un avión totalmente nuevo al que se asignó la nueva denominación de F-106 Delta Dart.
Pero si notables eran los cambios externos, que conferían al avión una nueva semblanza, más importantes fueron las mejoras introducidas en cuanto a equipos se refiere, que hacían del F-106, al ser equipado con el sistema electrónico más avanzado en la fecha de su aparición, el interceptor más complejo del mundo, lo que convirtió a este aparato en el eje del Mando de Defensa Aérea de la USAF, condición que siguió manteniendo hasta la entrada, a partir de 1975, del nuevo caza McDonnell Douglas F-15 Eagle.
El piloto automático puede ser utilizado tanto para la navegación como para el combate, pues cuando el avión se encuentra a la distancia adecuada, el Digitair, con base en los datos suministrados por el radar, calcula cuándo deben dispararse los misiles.
Al igual que el F-102, el Delta Dart carece de armamento automático.
No sólo se cumplieron casi todas las predicciones de velocidad y cota máxima, sino que además la maniobrabilidad resultó ser mejor que la del F-102, a pesar de que la masa del nuevo avión era mayor; gran parte del incremento de peso se debía a que la capacidad interna de combustible había crecido desde los 4050 litros originales a 5450 litros.
Las mejoras de los aviones en servicio comenzaron en 1960, muchas modificaciones interesaron al radar y a su sistema de presentación, que quedó desfasado al poco tiempo por instalaciones más modernas.
En 1964 se introdujo un nuevo asiento eyectable más adecuado para lanzamientos a velocidades supersónicas.
Con los depósitos instalados, la relación de alabeo quedaba restringida a 100º por segundo.
Pratt & Whitney tenía problemas con el motor, las prestaciones del avión no estaban a la altura necesaria, el sistema MA-1 estaba cribado de cortapisas y algunos expertos de la USAF veían con buenos ojos la doctrina británica del "se acabaron los cazas tripulados".
Estos y otros motivos forzaron a que la producción del Dart fuese bastante exigua, lo suficiente para que después se echara en falta una mayor profusión de interceptores de su clase.