За F-104A и его учебной версии F-104B последовала новая версия самолёта. В F-104C Starfighter американские инженеры установили более мощный мотор J-79-GE-7A, оснастили его системой дозаправки в воздухе, поставили новую СУО, позволявшую боевое использование самолёта в плохую погоду или безоблачной ночью. Появилась и возможность установки ядерного вооружения. В июле 1958 года в небо поднялся первый серийный F-104C, уже в сентябре они были приняты ВВС. Всего было построено 77 истребителей. На службе F-104C, как и его более ранние версии, проявили себя крайне ненадёжно: двигатель был ненадёжен, запчастей постоянно не хватало из-за частых поломок. За 5 лет эксплуатации произошло более 40 крупных инцидентов с самолётом, 24 из которых привели к тотальному уничтожению самолёта. К середине 1960-х годов почти все самолёты были не в лётном состоянии, поэтому всех пилотов перевели на значительно превосходящий «Старфайтера» F-4D.

В игру F-104C был введён в обновлении 1.99 «Starfighters». Его внешний вид говорит сам за себя: самолёт выделяется превосходной динамикой набора скорости, высочайшей максимальной скоростью и скороподъёмностью, а также отличным курсовым вооружением. Тем не менее, манёвренность самолёта крайне невысока, однако грамотное использование боевых предкрылков вполне позволяет самолёту доворачивать до цели, а также без труда уклоняться от ранних ракет «воздух-воздух».