U-2的“秋千”隐身改进
“壁纸”就是印刷了电路的塑料贴片，被用于吸收65MHz至85MHz的雷达波，被贴在机头、尾翼和机身等部位。“壁纸”的缺点是会导致发动机过热，实际上1957年4月一架贴有“壁纸”的U-2A就因过热而导致发动机熄火，使洛克希德试飞员罗伯特·斯莱克在跳伞时撞到了尾翼身亡。
U-2的“壁纸”隐身改进
毫不奇怪，“凯利”约翰逊不喜欢“彩虹”项目的隐身改进，把这种U-2称为“脏鸟”。但该机还是从1957年7月开始作战，不幸的是经过九次对苏飞越后，中情局意识到“彩虹”隐身改进几乎完全无效，于是在1958年5月放弃了该项目，U-2的对苏飞越再次被禁止。洛克希德开始为该机尝试使用黑色的雷达吸波涂料（RAM）。
从1956年11月下旬开始，U-2从威斯巴登起飞进行了更多架次间谍飞行，但为了降低风险该机只是靠近边界飞行。5月中情局在土耳其因吉尔利克空军基地部署了B支队，U-2从这里飞越西奈半岛，侦察英法军队对埃及的入侵。1957年B支队接管了对东方国家的侦察任务，该支队在年底前合并入A支队，一些越境飞行将从巴基斯坦拉合尔起飞。
中情局U-2除了垂尾编号外没有其他任何标记
英国人也参与了该计划，提供飞行员并获得一架U-2的所有权。英国空军飞行员先是飞越中东，然后又飞越了苏联。除此之外中情局还在日本厚木基地部署了C支队，D支队则驻扎加州爱德华兹空军基地执行国内侦察任务，这是因为格鲁姆湖附近正在进行核试验。
美国空军战略空军司令部（SAC）在德克萨斯州劳克林空军基地建立了自己的U-2部队，即第4080战略侦察联队第4028战略侦察中队，在1957年7月获得了首架U-2A。该中队执行的任务是高空大气采样，部分U-2A经过改装在机鼻增加了一个进气口并在Q舱右下方多出一个整流罩鼓包，这就是用于执行高空样本项目（HASP）的WU-2A，“W”表示气象侦察机。
WU-2A
此时中情局U-2执行了最重要的任务，该机拍摄了苏联境内的一系列战略目标，尤其是哈萨克斯坦拜科努尔火箭发射中心，这里也是丘拉塔姆导弹靶场所在地。D支队也从阿拉斯加的埃尔森空军基地起飞对西伯利亚进行侦察。
1957年以后U-2的对苏飞越次数急剧下降，到1958年只进行了一次，1959是两次，主要是风险较低的目标。虽然U-2在最初的任务中仍裸露着金属蒙皮，但现在已经被黑色的铁氧体雷达吸波涂料所覆盖，以降低其雷达可见性。
全机黑色的中情局U-2B
好运快要到头
到1959年末，美国开始担心苏联洲际弹道导弹（ICBM）的发展，因为从斯普特尼克1号人造卫星开始，苏联使用R-7火箭进行了许多令人印象深刻的太空发射，这种火箭能派生出搭载核弹头的洲际弹道导弹。苏联总理尼基塔·赫鲁晓夫也大声宣布苏联已经具备了大规模生产洲际弹道导弹的能力。苏联和美国之间的“导弹差距”似乎正在加大，这必须通过侦察验证。此时中情局正在进行一个代号“日冕”（CORONA）的间谍卫星计划，但发射并不顺利，必须还要依靠U-2。
参与U-2项目的每个人都知道，苏联最终将发展出击落该机的能力。到1960年初，苏联开始大规模部署SA-2“导线”地空导弹，这种导弹具有了攻击高空U-2的能力。不过中情局认为值得赌一把，U-2可以从巴基斯坦起飞，利用苏联南部国土防空网络薄弱的机会来执行最后一系列飞越。事实证明，美国人的好运到头了……
发射中的SA-2地空导弹
U-2的继续飞越让苏联人疯狂起来，他们试图用米格-19或米格-21战斗机以急跃升战术获得射击机会，甚至米格-19还在机腹安装了大型液体燃料火箭助推器，试图爬升到U-2所在高度。但是在空气稀薄的高空，这些战斗机的空气动力学性能就像砖块一样。
米格-19SU U-2截击机
虽然U-2飞行员有时会看到苏联战斗机从下方飞过，甚至有时会担心空中相撞，但苏联战斗机从未占据过射击位置。事实上在几次拦截中，苏联飞行员的确接到了抓住机会撞落入侵者的命令，然后再弹射逃生。苏联战斗机还会在较低高度跟随U-2飞行，希望该机因无法长时间维持高空飞行或因故障而降低高度。
U-2从巴基斯坦起飞成功完成了几次对苏飞越，但很快该机的好运气就要被耗尽了。1960年5月1日，中情局最富经验的U-2飞行员，执行过27次侦察任务的弗朗西斯·加里·鲍尔斯从巴基斯坦白沙瓦起飞，开始执行“大满贯”行动（Operation GRAND SLAM）的第24次对苏飞越，按照计划该机将降落在挪威博多。鲍尔斯驾驶的是一架换装进一步增强高空性能的J57-P-31发动机的U-2B，从某种程度上看这是一架不祥之机，曾迫降在日本的一个滑翔机机场，被媒体拍摄了大量照片。
迫降日本的U-2B
击落鲍尔斯
鲍尔斯的任务是拍摄丘拉塔姆导弹靶场，然后在斯维尔德洛夫斯克附近的车里雅宾斯克飞越一个可疑发射场，最后侦察新建的普列谢茨克发射场。当鲍尔斯飞越丘拉塔姆时，苏联防空军开始密集拦截，米格-19战斗机试图跃升到高空，但没有成功。苏联人也开始发射SA-2地空导弹，甚至击落了一架苏联战斗机并杀死了飞行员。苏联人的疯狂拦截最终获得成功，当鲍尔斯接近车里雅宾斯克时，一枚SA-2在附近爆炸，把机翼从机身上扯脱，U-2开始翻滚着向地面坠落。
