对苏侦察
托尼·莱维尔承担起培训中情局U-2飞行员的任务，尽管驾驶该机很困难，但飞行员们很快就喜欢了U-2A，部分原因是驾驶它是一项挑战，并且U-2拥有其他飞机无法比拟的高空飞行能力。当然飞行员们也为成功付出了代价，仅在1956年就发生了四起事故，导致三名飞行员遇难。
中情局在51区的U-2A机队，垂尾以NACA的名义进行掩护
到1956年春，U-2似乎已准备就绪，可以开始执行作战任务了。4月中旬，该机在美国上空进行了8次模拟侦察，测试结果令人满意，很快U-2就被批准部署英国莱肯希思空军基地。但在4月19日，一名叫莱昂内尔·克拉博的英国蛙人奉命在水下对访问朴茨茅斯港的苏联海军巡洋舰布放窃听装置，结果就此神秘失踪，英国人不想冒险再次挑衅苏联，没有同意U-2进驻。
U-2的对苏飞越被视为当务之急，该机很快被重新部署到西德威斯巴登，并正式成为“第一气象侦察临时中队”的一部分。这支作战中队实际上被简称为“A支队”，由一位美国空军上校指挥，中情局官员担任执行官。U-2的首次作战发生在1956年6月20日，飞越了东德和波兰。由于此次任务进展顺利，艾森豪威尔授权该机飞越苏联。
技术问题和恶劣天气使U-2的第二次任务被推迟到1956年7月2日，两架U-2飞越了7个东欧国家。1956年7月4日，该机执行了首次对苏飞越任务，飞行员赫维·斯托克曼从威斯巴登起飞后，飞越波兰波兹南、白俄罗斯、列宁格勒，然后折返飞过波罗的海国家。这次任务的具体目标是苏联潜艇码头和空军基地，寻找“野牛”战略轰炸机的身影。
U-2的6月20日、7月2日任务航线
第二天7月5日，卡迈·维托驾驶U-2飞过莫斯科。这座城市被云层覆盖，不过相机通过雾霾滤镜还是拍到了一些照片。这次任务还获得了莫斯科附近茹科夫斯基航空城以及一些火箭和飞机工厂的高质量图像。U-2在7月9日和10日又进行了三次任务，覆盖了东欧和苏联西部大部分地区。
卡迈·维托成为唯一飞越了莫斯科的U-2飞行员
U-2的7月4、5日任务航线
随后对苏飞越被叫停，因为尽管中情局寄希望于苏联雷达无法发现飞在高空的娇小U-2，但该机在所有飞越任务中都被发现和跟踪，苏联人甚至在7月5日紧急出动截击机试图击落卡迈·维托，但因无法触及如此之高的目标而作罢。
卡迈·维托拍到的制造“野牛”战略轰炸机的工厂
1956年7月10日，苏联向美国递交了一份正式抗议，详细描述了U-2侵入苏联领空的一些飞行轨迹，当天理查德·比塞尔接到了暂停任务的命令。
U-2的7月9、10日任务航线
U-2的对苏飞越带回大量情报，照片表明苏联空军的战略核打击能力被严重夸大，“野牛”轰炸机的数量远小于苏联声称的100架。事实上多年之后的解密数据证明“野牛”也远称不上可怕，其航程根本达不到苏联空军的要求。
中情局的U-2飞行员
“秋千”和“壁纸”
苏联能发现并跟踪U-2的事实立即引发中情局的焦虑，开始尝试降低U-2的雷达截面积，让该机不那么容易被苏联防空雷达发现。该项目就是麻省理工学院牵头的“彩虹”项目（RAINBOW），科学家们提出了两种得到实际应用的隐身解决方案，分别是“秋千”（Trapeze）和“壁纸”（Wallpaper）。
现在看来，“秋千”方案有些荒谬，先是用竹子然后用玻璃纤维制造的支柱在机身和机翼周围撑起串有精确间隔铁氧体磁珠的导线，用于吸收70MHz雷达波。但“秋千”增加了U-2的重量和阻力，降低了飞行高度。
