X-2 三视图
道格拉斯飞机公司研制的 X-3 机长 20.36 米，机高 3.81 米，翼展 6.92 米，其外形就像一把短剑，是早期 X 系列试验飞机中外形最流畅的。与 X-1、X-2 不同，X-3 是借助自身的动力起飞和降落，并能保持进行 2 马赫巡航飞行。X-3 机体结构首次尝试大量使用钛合金，同时还进行了低展弦比、高翼载机翼的可行性研究。X-3 的机身细长机翼短粗，这是当时美国正在研制中的战斗机的典型布局。后来，F-104“星”战斗机的翼形就是取自 X-3。
X-3
X-3 与 X-1A、D-558-1、XF-92A、X-5、 D-558-2、X-4 停放在一起
首架 X-3 于 1952 年 9 月 11 日出厂，而第二架 X-3 则因为发动机动力不足和机体问题被中途取消，部分完成的机体作为首架机的备件使用。在爱德华兹空军基地进行的试飞试验中，试飞员认为 X-3 的两台威斯汀豪斯 J34-WE-17 涡轮喷气发动机动力严重不足而且飞机本身操控性也很糟糕。X-3 的首次超音速飞行是在以 15 度的角度进行俯冲时获得的，当时的速度只有可怜的 1.1 马赫。而它在随后飞行中达到的最快速度也仅为 1.208 马赫，当时的 X-3 正处于 30 度的俯冲状态。
X-3 在试验飞行中，经常会出现“滚转耦合”的问题，即在进行一个轴上的机动时就会引起另外两个轴上不受控制的机动。当时 F-100 战斗机也经常碰到这样的问题，NACA 随即在 X-3 上对“滚转耦合”问题进行了深入的研究。
X-3 三视图
洛斯罗普飞机公司的 X-4 主要是用来验证半无尾翼超音速飞行的可行性，当时许多人认为这样一种取消了水平尾翼的设计将能避免超音速飞行时机翼和水平尾翼之间振荡波的相互干扰。
X-4 机体相当小巧，机长仅为 7.07 米，机高 4.54 米，翼展 5.15 米，只能容纳两台 J30 喷气发动机、一名飞行员和必要的设备，携带的油料也只能维持 45 分钟。不过小也有小的好处，X-4 几乎所有的地面维护工作都可以不需要登机梯或脚凳来完成，地勤人员站在地面上就可以很容易的看到机舱内部的情况。
X-4
地面维护中的 X-4
第一架 X-4 于 1948 年 12 月 15 日首飞，但由于飞行状态极不稳定很快就被停飞了。第二架 X-4 也好不到那儿去，经常会在 0.8 马赫速度飞行时出现机体上下振动的问题，为此试飞员自嘲驾驶 X-4 就像是驾驶汽车行驶在“搓衣板”上一样。尽管后来经过工程人员的改进，X-4 暂时克服了偏振的问题，但当它的速度达到 0.91 马赫的时候，问题又出现了。X-4 的飞行试验证明，半无尾翼飞机不适合接近马赫 1 的飞行。后来，计算机电传系统的出现让后掠翼无尾翼设计再次火了起来，X-36、F-117A 等都采用了这样的设计，尽管它们的外形和 X-4 相比已经是发生了巨大的变化。
X-4 三视图
贝尔飞机公司的 X-5 将研究的重点转向了变后掠翼。X-5 在外形上大量借鉴了德国在二战期间研制的 P.1101，都是机头进气、气泡式座舱和下置发动机设计。X-5 的机翼可在 20～60 度之间变换，总共需要 20 秒钟。当电动后掠装置失效后，飞行员可使用手闸完成掠翼工作（X-5 只能在低于 40 度的后掠角度下安全着陆）。X-5 机长 10.18 米，机高 3.66 米，翼展为 6.34 米。
X-5
NACA 的早期试验机，从左至右依次是 D-558-2、D-558-1、X-5、X-1、XF-92、X-4
1951 年 6 月 20 日，X-5 在爱德华兹空军基地完成了首飞。在第 9 次试飞中，X-5 首次成功完成了空中掠翼动作。由于艾立森 J35-A-17A 涡轮喷气发动机安装位置较低，X-5 经常会出现螺旋。1953 年 10 月 13 日，试飞员雷蒙德.帕普森在 X-5 的螺旋事故中没有成功改出，最终机毁人亡。螺旋的频繁出现并不是变后掠翼的问题，而是 X-5 机体设计上的缺陷造成的。
从上个世纪六十年代开始，逐渐成熟的变后掠翼开始大行其道。凭借着 X-5 的丰厚技术积累，美国先后研制出了 F-111 战斗轰炸机、F-14 战斗机以及 B-1 轰炸机，所以可以这么说，X-5 是美国变后掠翼飞机的共同“祖先”。
X-5 三视图
在那个核力量至高无上的年代里，美国空军甚至开始考虑将核反应堆作为飞机的动力来源，以获得超长的飞行能力。X-6 项目正是在这种背景下出台的，按照美国空军和美国原子能委员会的最初设想，X-6 以 B-36 轰炸机为基础，安装一台通用电气 P-1 型核反应堆，其产生的热能将带动四台通用电气 J47 涡轮喷气发动机运转，从而为 X-6 提供飞行动力。
X-6 核动力飞机的模型
