Еще одним возможным преемником P-47D рассматривался XP-72. Работа над этой машиной велась А. Картвели с 1941 года и закончилась лишь к 1944 году. Разработка ХР-72 началась одновременно с проектом эскортного истребителя ХР-69. Но если проект XP-69 представлял собой полностью новый самолет, то XP-72 представлял прямое прогрессивное развитие P-47 Thunderbolt.
Фактически это был обычный Thunderbolt, оснащенный новым 28-цилиндровым четырехрядным звездообразным двигателем воздушного охлаждения Pratt&Whitney R-4360-13 Wasp Major взлетной мощностью 3000 л.с. (2240 кВт) - наиболее мощным поршневым двигателем, изготовленным во время Второй мировой войны. Двигатель был закрыт очень плотно облегавшим капотом и охлаждался вентилятором. Двигатель Wasp Major предполагалось оснастить двумя трехлопастными пропеллерами противоположного вращения Aeroproducts. Стандартные крылья и хвост от P-47D оставались без изменения, а фюзеляж был увеличен в размерах и усилен.
Турбокомпрессор располагался в хвостовой части фюзеляжа позади кабины как и на P-47, но вход турбокомпрессора был перемещен из под двигателя в положение под кабиной пилота. Нижняя часть фюзеляжа претерпела изменения для установки большого воздухозаборника турбокомпрессора. XP-72 предполагалось оснастить каплевидным фонарем без металлического каркаса, аналогичным примененному на последних серийных P-47D. Для устранения эффекта сжимаемости воздуха под крыльями установили "тормозные щитки" (dive flaps) с электрическим управлением аналогичные примененным на серии D-30-RA, для облегчения вывода самолета из пикирования.
Вооружение должно было состоять из шести установленных на крыле 12,7 мм пулеметов Colt-Browning M-2 и двух 1000 фунтовых бомб на подкрыльных подвесках.
Большие перспективы проекта XP-72 заставили USAAF отменить проект XP-69 в пользу XP-72. 18 июня 1943 года были заказаны два опытных образца XP-72 с серийными номерами 43-36598 и 43-36599. Некоторые источники указывают серийные номера 43-6598 и 43-6599, но эти данные скорее всего ошибочны, поскольку эти же номера принадлежат двум истребителям P-51 Mustang.
XP-72 серийный номер 43-36598 впервые полетел 2 февраля 1944 года. Звездообразный двигатель воздушного охлаждения Pratt&Whitney R-4360-13 Wasp Major развил взлетную мощность 3450 л.с. Поскольку поставка предусмотренных проектом пропеллеров противоположного вращения Aeroproducts задерживалась, первый XP-72 в качестве временной меры оборудовали одним четырехлопастным пропеллером. Но даже и с таким пропеллером самолет на летных испытаниях достиг максимальной скорости 490 миль в час. Второй прототип XP-72 (43-36599) поднялся в воздух 26 июня 1944 года. Второй прототип получил пропеллеры противоположного вращения Aeroproducts. К сожалению второй XP-72 был разбит уже в ходе первых испытательных полетов.
Несмотря на потерю второго опытного образца, USAAF были настолько удовлетворены данными первого XP-72, что заказали 100 серийных самолетов P-72. P-72 предполагалось оснастить двигателем R-4360-19 и установить вооружение или из четырех 37 мм пушек или шести 12,7 мм пулеметов. Ожидалась максимальная скорость более 500 миль в час.
Однако изменившийся характер войны создал большую потребность в дальних эскортных истребителях, чем в скоростных перехватчиках, и USAAF быстро потеряли интерес к проекту XP-72. Заказ на 100 P-72 был аннулирован. Вторая мировая война подходила к концу, и руководство фирмы Republic решило не сбивать темп выпуска боевых машин, а проводить их постепенную модификацию. Это не требовало остановки конвейера с целью замены оснастки во время подготовки к выпуску новой модели самолета. Свою роль в отмене заказа сыграло и появление истребителей, оснащенных реактивными двигателями, которые показывали значительно более высокие характеристики.
Предположительно оставшийся XP-72 (№ 43-36598) был разобран на Wright Field вскоре после капитуляции Японии.