就外观而言，实在很难分清 F-104S/S-ASA/S-ASAM 这三种型号。自上而下分别是
F-104S、F-104S-ASA 和 F-104S-ASAM。由于航炮是选装设备，在这三架机身左侧只能看到封死的炮口
F-104S
1965 年，意大利空军提出“ 全天候截击机”项目（AWX）。洛克西德在 F-104G
的基础上改进设计，以 CL-980 方案的名称参与竞标。当时的竞争对手还包括达索幻影 III、道格拉斯 F-4、诺思罗普 F-5 以及北美 F-100。最终
CL-980 战胜各家对手，被意大利空军选中。后该方案定名为 F-104S——S 指“麻雀（SPARROW） ”，表示该机可以携带
AIM-7“麻雀”半主动雷达制导导弹。
洛克希德将一架 RF-104G 改装，作为 F-104S
的原型机。后来又根据意大利要求，改装两架菲亚特公司生产的 F-104G 作为原型机。1966 年 12 月， 第一架 F-104S 原型机试飞。1968 年
12 月 30 日，由菲亚特 F-104G 改装的原型机也加入试飞。
F-104S 换装了 J79-GE-19 发动机，推力增大 13％ 。基本保留 F-104G
的火控系统，但机载雷达改用 R-21G/H 多功能火控雷达，并增加了
AIM-7E“麻雀”导弹的控制设备，具有制导“麻雀”导弹的能力，以及地面测绘和地形回避能力。机翼下再增加一对外挂点，从而使全机外挂点增至 9 个，载弹量提高到
3,402 公斤，大大丰富了挂载方案。不过，为了安装新型航电设备，M61A1 航炮被拆除，炮口封死。垂尾面积略有增大，并改用双腹鳍设计。
1969 年，首批 F-104S 出厂， 并于当年 6 月交付意大利空军。意大利空军先后订购 2
批共 205 架 F-104S，装备第 9、10、12、21、22、23 等 6 个飞行联队。土耳其空军也于 1974 年 10 月订购 40 架 F-104S
。1979 年 3 月，全部 245 架 F-104S 生产完毕。这是最后一批生产的 F-104。
F-104S-ASA
F-104S-ASA 源自 F-104S 的武器系统升级计划。其目的是延长 F-104S
的服役寿命，使之可以继续服役到 21 世纪初，由欧洲战斗机（当时还称作EFA）取代。
1984 年 12 月，F-104S-ASA
项目正式展开。这一项目全部针对武器系统，而不涉及机体改进。主要改进包括：换装具有下视下射能力的菲亚特 R-21G/M1 火控雷达，搜索距离增加到 35
公里；换装新型北约敌我识别器；换装武器投射计算机；换装自动俯仰控制计算机；换装改进的电子对抗设备；更换操纵面伺服机构；近距导弹采用先进的 AIM-9L，
