Le CF-104 entra en service au Canada en mars 1962. Initialement conçu comme intercepteur supersonique, il fut pourtant utilisé principalement pour de l'attaque à basse altitude et de la reconnaissance par la RCAF. Huit escadrons de CF-104furent initialement stationnés en Europe au sein de la 1re Division aérienne, en tant que participation canadienne aux engagements de l'OTAN. Ce nombre fut réduit à six en 1967, puis finalement trois en 1970. Jusqu'en 1971 cette participation aux opérations de l'OTAN incluait un rôle d'attaque nucléaire qui aurait vu agir des avions canadiens équipés d'armes nucléaires d'origine américaine dans une éventualité de conflit avec les forces des pays dupacte de Varsovie. Au cours de son service actif, le CF-104 transporta les bombes nucléaires B28, B43 et B57. Quand les forces armées canadiennes (CAF) abandonnèrent le rôle d'assaut/reconnaissance pour celui de l'attaque conventionnelle, le canon M61A1 fut réinstallé dans l'avion, de même que l'emploi d'armes classiques, comme les bombes Snake Eye américaines, les bombes à fragmentationBL755 britanniques et les roquettes CRV7 de conception canadienne. Bien que les pilotes canadiens s’entraînaient au combat aérien et à ses tactiques, les missiles AIM-9 Sidewinder ne furent jamais emportés opérationnellement par les Starfighters canadiens. Ironiquement, les CF-104 livrés aux autres forces aériennes, comme celles de la Norvège ou du Danemark, emportaient eux des Sidewinders sur un pylône central double et sur les rails d'extrémité d'ailes. La version biplace CF-104D n'emportait habituellement aucun armement, à l'exception d'un distributeur de bombes d'exercice accroché sous le pylône d'emport central de fuselage.
Les passes d'attaque à basse altitude du CF-104 étaient effectuées visuellement à 100 pieds (33 m) du sol et à des vitesses supérieures à 600 nœuds (1 111 km/h). Les manœuvres évasives à basse altitude pouvaient parfois augmenter les vitesses à des valeurs supersoniques. Le CF-104 était très difficile à attaquer, en raison de sa petite taille, sa vitesse et ses capacités à basse altitude. Dave Jurkowski, ancien pilote de CF-104 et CF-18, déclarait: « À cause de notre vitesse, de notre taille et de nos opérations à basse altitude, aucun appareil canadien n'a jamais été descendu, que ce soit par des menaces aériennes ou terrestres, au cours des trois exercices « Red Flag» auxquels nous avons participé ». Le CF-104 eut beaucoup de succès pendant les exercices opérationnels menés par l'OTAN. Les Canadiens prirent part pour la première fois à la rencontre AFCENT Tactical Weapons meet en 1964 et continuèrent chaque année qui suivit. Cette rencontre était une compétition entre des escadrons provenant de Belgique, France, Allemagne de l'Ouest, États-Unis, Royaume-Uni et Pays-Bas. Les résultats étaient basés sur plusieurs facteurs: précision des bombardements, temps sur la cible, navigation, planification des missions, et maintenance des appareils au sol. Les pilotes étaient choisis au hasard parmi les différents escadrons, afin de représenter avec fidélité les capacités opérationnelles réelles des différentes unités.
À la fin des années 1970, le New Fighter Aircraft Project (NFA, « projet de nouveau chasseur ») fut lancé pour trouver un remplaçant convenable au CF-104, mais également au CF-101 Voodoo et au Canadair CF-5. Le gagnant de cette compétition fut le CF-18 Hornet (désigné officiellement CF-188 au Canada), qui commença à remplacer le CF-104 en 1982. Tous les CF-104 furent retirés du service par les forces canadiennes en 1987, la plupart des exemplaires restants étant donnés à la Turquie.
The CF-104 entered service in Canada in March 1962. Initially conceived as a supersonic interceptor, it was used primarily for low-level attack and reconnaissance by the RCAF. Eight CF-104 squadrons were initially stationed in Europe in 1 Canadian Air Division as Canadian participation in NATO commitments. This number was reduced to six in 1967 and finally three in 1970. Until 1971 this participation in NATO operations included a nuclear attack role that would have seen Canadian planes equipped with American-made nuclear weapons act. in the event of conflict with the forces of the Warsaw Pact countries. During his active service, the CF-104 carried nuclear bombs B28, B43 and B57. When the Canadian Armed Forces (CAF) abandoned the assault / reconnaissance role for the conventional attack, the M61A1 gun was reinstalled on the plane, as was the use of conventional weapons, such as Snake Eye bombs. American, British BL755 cluster bombs and CRV7 rockets of Canadian design. Although Canadian pilots trained in air combat and tactics, the AIM-9 Sidewinder missiles were never operationally carried away by Canadian Starfighters. Ironically, the CF-104s delivered to other air forces, such as those from Norway or Denmark, carried Sidewinders on a double central pylon and on the wingtip rails. The CF-104D two-seat version did not usually carry any weapons, with the exception of an exercise bomb dispenser hanging under the central fuselage carriage.
The CF-104 low altitude attack passes were visually performed at 100 feet (33 m) from the ground and at speeds greater than 600 knots (1,111 km / h). Evasive maneuvers at low altitudes could sometimes increase speeds to supersonic values. The CF-104 was very difficult to attack due to its small size, speed and low altitude capabilities. Dave Jurkowski, a former CF-104 and CF-18 pilot, said, "Because of our speed, size, and low-level operations, no Canadian aircraft has ever descended, whether through aerial or ground, during the three Red Flag exercises in which we participated. The CF-104 was very successful during the operational exercises conducted by NATO. The Canadians first took part in the AFCENT Tactical Weapons meet in 1964 and continued every year that followed. This meeting was a competition between squadrons from Belgium, France, West Germany, United States, United Kingdom and Netherlands. The results were based on several factors: accuracy of shelling, time on the target, navigation, mission planning, and maintenance of the aircraft on the ground. The pilots were randomly selected from among the different squadrons to faithfully represent the actual operational capabilities of the different units.
In the late 1970s, the New Fighter Aircraft Project (NFA) was launched to find a suitable replacement for the CF-104, CF-101 Voodoo and Canadair CF-5. The winner of this competition was the CF-18 Hornet (officially designated CF-188 in Canada), which began replacing the CF-104 in 1982. All CF-104s were removed from service by Canadian forces in 1987, most remaining copies being given to Turkey.
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