Đội hình bay F-104 của ÝF-104S (Lockheed Model CL-901)246 chiếc chủ yếu do Fiat và Aeritalia (1 chiếc mất trong khi chuyển giao) sản xuất, nâng cấp với vai trò đánh chặn có radar NASARR R-21G/H, thêm 2 giá treo ở cánh và 2 ở dưới bụng (nâng số giá treo lên 9), động cơ J79-GE-19 nâng cấp có lực đẩy 52,8 kN (11.870 lbf) (79,6 kN/17.900 lbf khi đốt tăng lực), thêm 2 cánh ngang đuôi để ổn định khi bay ở vận tốc lớn. Pháo M61 20 mm bị bỏ đi, thay vào đó là hệ thống điện tử cho tên lửa, biến thể tiêm kích-bom vẫn giữ lại pháo. Mang được 2 tên lửa Sparrow; và 2 tên lửa Sidewinder, về mặt lý thuyết là bốn hoặc sáu Sidewinder, hoặc 7 quả bom 340 kg (750 lb) (thường 2 tới 4 quả bom 227–340 kg/500-750 lb). Tầm bay tăng lên 1.250 km (777 dặm) với 4 thùng nhiên liệu, tầm bay chuyển sân 2.940 km (1.827 dặm).[7]F-104S-ASA(Aggiornamento Sistemi d'Arma - "Nâng cấp Hệ thống Vũ khí ") – một phiên bản nâng cấp của Ý, 147 chiếc được nâng cấp từ số đã có, nâng cấp với radar Fiat R21G/M1, mang tên lửa AIM-9L và Selenia Aspide. Do tên lửa Aspide chậm giao hàng nên nó cũng được gọi là ASA-1 với tên lửa Sparrow và ASA-2 khi mang tên lửa Aspide, cuối cùng tất cả F-104S được nâng cấp thành chuẩn ASA-2. Tiêm kích-bom không được cải tiến đáng kể trong gói nâng cấp ASA, sau đó được sử đổi thành chuẩn đánh chặn (CI) không có M61.F-104S-ASA/M(Aggiornamento Sistemi d'Arma/Modificato - "Nâng cấ/Sửa đổi Hệ thống Vũ khí") – 49 chiếc F-104S-ASA và 15 chiếc TF-104G hai chỗ được nâng cấp từ năm 1998 lên chuẩn ASA/M với GPS, dẫn đường chiến thuật (TACAN) và dẫn đường quán tính Litton LN-30A2, khung thân tân trang lại, buồng lái nâng cấp. Các thiết bị dùng cho nhiệm vụ đột kích bị loại bỏ, gồm cả IRST.