Успех самолетов Boeing Model 707 побудил компанию к разработке среднемагистрального варианта Boeing Model 707-020. Внешне очень похожий на вариант 707-120, он сохранил такой же размах крыла и оперения, и требовался очень проницательный взгляд, чтобы заметить измененный профиль, увеличенную стреловидность и изменения механизации задней кромки крыла в корневой части. В отношении конструкции и веса проект был полностью новым и получил новое обозначение Boeing Model 720. Аэродинамические изменения нового самолета касались улучшения механизации передней кромки крыла. Изменения обеспечили улучшение взлетных характеристик и увеличение крейсерской скорости. Длина фюзеляжа была уменьшена на 2,36 м по сравнению с самолетами Model 707-120 и 707-220. Снижение запаса топлива сделало возможным облегчение конструкции. Типичная компоновка обеспечивала размещение 38 пассажиров в салоне первого класса и 78 пассажиров в салоне туристического класса. Для обслуживания пассажиров имелись три кухни и три туалета. Базовый вариант 720 был оснащен четырьмя турбореактивными двигателями Pratt Whitney JT3C-7 тягой 5670 кгс. Первый самолет поднялся в воздух 23 ноября 1959 г. Начиная с 5 июля 1960 г. эти машины стали поступать в эксплуатацию. Затем последовал улучшенный вариант Model 720В с турбовентиляторными двигателями серии Pratt Whitney JT3D (сначала с JT3D-1 тягой 7711 кгс). Они сделали возможным не только эксплуатацию самолетов со значительно более коротких взлетно-посадочных полос, но и несколько увеличили дальность полета, несмотря на возросшую полезную нагрузку. Впервые поднявшийся в воздух 6 октября 1960 г., этот вариант поступил в эксплуатацию 12 марта 1961 г. Потребность в самолетах Model 720 и Model 720В была небольшой, и их серийное производство закончилось в 1969г. после выпуска 154 машин.