Lịch sử hoạt động của chiếc F-102A được bắt đầu tại Phi đội Tiêm kích Đánh chặn 327 ở Căn cứ Không quân George vào tháng 4 năm 1956, và sau đó có tổng cộng 889 chiếc được chế tạo. Tên chính thức của F-102, "Delta Dagger", hiếm khi được sử dụng trong thực tế, và chiếc máy bay hay được gọi là "Deuce", trong khi chiếc TF-102 được gọi là "Tub" do kiểu thân rộng của nó.

Trong thời gian hoạt động này, chiếc F-102A được thử nghiệm nhiều kiểu thiết kế cánh khác nhau cùng với áp dụng việc gia tăng bề mặt khum hình nón trên cánh. Cuối cùng, một thiết kế được lựa chọn trong thực tế đã gia tăng diện tích bề mặt điều khiển máy bay, giảm tốc độ cất cánh, cải thiện hệ số nâng-lực cản siêu âm và nâng trần bay lên đến 56.000 feet. Cũng có cải tiến trên bộ càng đáp cần thiết để phù hợp với thiết kế cánh mới.

Bộ chỉ huy Không quân Phòng không Không quân Hoa Kỳ đã sử dụng những chiếc F-102 Delta Dagger trong Thập niên 1960 và kiểu này tiếp tục phục vụ với số lượng lớn cho cả Không quân và Không lực Vệ binh Quốc gia cho đến những năm 1970. George W. Bush (con), sau này là Tổng thống Hoa Kỳ, đã từng lái chiếc F-102 trong giai đoạn phục vụ của ông trong Không lực Vệ binh Quốc gia vào cuối những năm 1960 và đầu những năm 1970.

Hoạt động tại Việt Nam

Chiếc F-102 đã từng phục vụ trong Chiến tranh Việt Nam, bay các phi vụ tuần tra tiêm kích và như là máy bay hộ tống ném bom. Có tổng cộng 15 chiếc bị mất tại Việt Nam: một chiếc do không chiến, nhiều chiếc do hỏa lực mặt đất và số còn lại do tai nạn.

Ban đầu, các nhóm biệt phái F-102 bắt đầu được gửi đến các căn cứ tại Đông Nam Á vào năm 1962, khi tín hiệu radar thu được bởi các trạm radar mặt đất được nghĩ là do những chiếc máy bay ném bom Il-28 "Beagle" của Bắc Việt Nam phát ra, vào lúc đó được xem là một mối đe dọa đáng kể. Những chiếc F-102 được gửi đến Thái Lan và những nước lân cận để đánh chặn những chiếc máy bay ném bom này nếu chúng đe dọa Nam Việt Nam vào bất kỳ lúc nào. Sau đó, các cuộc không kích của máy bay ném bom B-52 mang mật danh "Arc Light" được hộ tống bởi những chiếc F-102 đặt căn cứ trong khu vực này. Chính ở một trong những phi vụ này mà một chiếc F-102 đã bị một chiếc MiG-21 của Bắc Việt Nam sử dụng tên lửa tầm nhiệt AA-2 Atoll bắn rơi. Những chiếc MiG đã tiếp cận mà không bị phát hiện, và một chiếc F-102 bị bắn rơi. Phi công của chiếc F-102 kia đã cố gắng bắn vài tên lửa AIM-4 Falcon vào chiếc MiG-21 đang thoát đi, nhưng không phát nào trúng đích. Đây trở thành tổn thất trong không chiến duy nhất của F-102 trong Chiến tranh Việt Nam.

Điều thú vị là, chiếc F-102 lại được sử dụng khá nhiều trong vai trò tấn công mặt đất. Chiếc máy bay đánh chặn được trang bị 24 rocket FFAR 2,75 inch ở cửa khoang chứa vũ khí, và các vũ khí này được sử dụng có hiệu quả trên nhiều loại mục tiêu khác nhau tại Bắc Việt Nam. Thêm vào đó, các tên lửa tầm nhiệt Falcon được sử dụng phối hợp với thiết bị dò tìm và theo dõi hồng ngoại (IRST) gắn trước mũi chiếc F-102 trong các cuộc tấn công đêm dọc theo đường mòn Hồ Chí Minh. Đây có lẽ là lần duy nhất một tên lửa không-đối-không được sử dụng trong các phi vụ tấn công mặt đất. Các phiên bản F-102A và phiên bản huấn luyện hai chỗ ngồi TF-102A (được sử dụng như máy bay chỉ huy phía trước nhờ có hai chỗ ngồi và rocket 2,75 inch tỏ ra khá linh hoạt cho nhiệm vụ này) được sử dụng tại Việt Nam cho đến năm 1968 khi tất cả các chiếc máy bay được gửi trở về Hoa Kỳ.

Các hoạt động sau này

Vào năm 1973, sáu máy bay được cải biến thành mục tiêu giả lập không người lái như là kiểu QF-102A và sau này là PQM-102, mô phỏng những chiếc MiG-21. Việc này khởi đầu cho một chương trình trong đó hàng trăm chiếc F-102 được cải biến để sử dụng như mục tiêu giả lập cho máy bay F-4 và F-106 cũng như cho chiếc F-15 sau này, và thử nghiệm hệ thống tên lửa Patriot của Quân đội Mỹ. Một số chiếc F-102A được cấu hình để mang một tên lửa AIM-26 Super Falcon duy nhất trong mỗi khoang bên cạnh thay vì hai tên lửa AIM-4 Falcon thông thường.

Những chiếc F-102 và TF-102 được xuất khẩu cho Thổ Nhĩ Kỳ và Hy Lạp, và những chiếc máy bay này đã tham gia các phi vụ chiến đấu trong sự kiện Thổ Nhĩ Kỳ xâm chiếm đảo Cyprus năm 1974. Các cuộc không chiến đã diễn ra giữa những chiếc F-5 Hy Lạp và những chiếc F-102 Thổ Nhĩ Kỳ, trong đó Hy Lạp thông báo bắn rơi hai chiếc F-102 còn Thổ Nhĩ Kỳ cho là đã hạ được một chiếc F-5; tuy rằng cả hai phía đều phủ nhận những thiệt hại của phía mình. Chiếc F-102 cuối cùng cũng được không quân của cả hai nước này cho nghỉ hưu vào năm 1979, trong khi F-102 đã rời khỏi phục vụ Không quân Hoa Kỳ vào năm 1976, và chiếc mục tiêu giả lập PQM-102 cuối cùng được sử dụng hết vào năm 1986. Không còn chiếc F-102 nào có thể bay được vào hôm nay, cho dù nhiều chiếc đang được trưng bày tại các viện bảo tàng.