10 września 1956 roku odbył się pierwszy lot prototypu o numerze US Air Force 55-5118, za którego sterami usiadł pilot doświadczalny Bob Baker. Sam lot przebiegł bez zakłóceń, jednak podczas lądowania zawiódł spadochron hamujący i doszło do uszkodzenia przedniego zespołu podwozia. 28 listopada tego samego roku oblatano drugi prototyp, o numerze 55-5119, a 10 grudnia – trzeci, o numerze 55-5120. Po naprawach, pierwszy prototyp w dniu 3 listopada 1956 roku osiągnął dwukrotną prędkość dźwięku. F-107 charakteryzował się bardzo dobrymi właściwościami pilotażowymi, pomimo to Tactical Air Command w 1957 roku zdecydowało o wyborze F-105 Thunderchiefa jako nowego taktycznego myśliwca bombardującego, a dalsze prace nad F-107 wstrzymano. Pod koniec 1957 roku pierwszy i trzeci samolot trafiły do NACA (National Advisory Committee for Aeronautics), a drugi do Muzeum Amerykańskich Sił Powietrznych (National Museum of the United States Air Force) w Dayton w Ohio, gdzie można go oglądać do dzisiaj.