Le 27 novembre 1957, quatre RF-101A établissent plusieurs records de traversée des États-Unis, dont un aller-retour Los Angeles-New York (distance de 7 871 km) à une vitesse moyenne de 1 161 km/h.
Le 12 décembre 1957, un F-101A équipé des réacteurs J57-P-55 destinés à la version F-101B a établi un record mondial de vitesse en atteignant 1 943 km/h.
Après l'abandon du CF-105 Arrow, le Canada commanda 56 F-101B d'interception et 10 F-101F d'entraînement, qui lui furent livrés entre juillet 1961 et mai 1962. Il s'agissait d'appareils d'occasion prélevés sur les unités de l'USAF, initialement armés uniquement de missiles air-air "classiques" Falcon. À partir de 1965, les Voodoo canadiens purent également disposer de missiles à tête nucléaire AIR-2 Genie, mais ceux-ci restaient la propriété des États-Unis et étaient mis en œuvre sous leur contrôle.
Entre 1970-1972, les CF-101 restants furent renvoyés aux États-Unis et remplacés par 66 autres, toujours d'occasion, mais révisés et incluant les dernières améliorations apportées aux exemplaires américains. Les CF-101B et CF-101F restèrent en service dans la RCAF jusqu'à fin 1984. Deux exemplaires furent néanmoins conservés jusqu'en avril 1987, dont l'un transformé en EF-101B destiné à la guerre électronique.
En 1959, Taïwan acheta 8 RF-101A d'occasion, qu'elle utilisa pour des missions de reconnaissance jusqu'à la fin des années 1970. Il semble que quelques RF-101C américains aient également été loués par Taïwan pendant l'été 1962.
Des RF-101A et RF-101C américains ont effectué plusieurs missions de reconnaissance lors de la crise des missiles de Cuba, en 1962.
Le RF-101C a été la seule version du Voodoo utilisée par les États-Unis lors de la guerre du Viet-Nam, entre 1961 et 1965. Plus de 30 avions ont été abattus lors de missions de reconnaissance.
Les RF-101A de Taïwan ont été utilisés pour des missions de reconnaissance (voire d'espionnage) au-dessus de la Chine. Un de ces avions a été abattu le 2 août 1961 et un autre le 18 décembre 1964.