F-16XL 有无外挂的大迎角机动飞行性能十分突出，远优于 F-16A。在飞机重心位置布置在 47.5％ 平均气动弦长前的构形中，飞行无需作任何空速和迎角限制，任何迎角的偏离都可自动恢复，即使在很小的空速下仍具有很好的迎角恢复操纵响应。
F-16XL-1 进行过许多复杂的大迎角机动飞行试验，包括俯仰-偏航-滚转耦合机动、侧滑、1g 和最大负过载、最大指令滚转和恢复。和 F-16A/B 大不一样的是，F-16A/B 迎角摆动范围仅限于在重心最后位置（47.5％ 平均气动弦长〕时不发生深失速或尾旋的偏离状态，而 F-16XL 远远超过这个限制，动作幅度相当大，如大功角（直至 90 度）的爬升机动包括全杆拉起，180 度滚转，前俯冲再全杆拉起的一系列激烈动作。同样的机动在飞机加挂了 12 枚 MK-82 炸弹也被完成，还进行有限的加挂副油箱后的类似机动。在加挂空-空载荷时，飞机显示出优异的大迎角纵向飞行品质。
起飞和着陆
F-16XL 的进场与着陆操纵品质与 F-16 基本相似，着陆距离也没达到预定的 600 米指标，与 F-16 相当，而在所有的起飞状态发动机都得开最大加力，在大起飞重量和高温条件下起飞性能比 F-16A 有所下降。不过 XL-2 加装 F110 发动机的起飞性能有明显改善，起飞距离减到 680 米。
雷达特征
F-16XL 的双三角形机翼和加长机身，使雷达特征面大为减小。加之采用了复合材料蒙皮，增加的前缘后掠角，去腹鳍和用保形挂架后，雷达反射面积 F-16 要小得多。
可靠性和维修性
在实施 F-16XL 飞行计划同时，通用动力和空军还进行了可靠性和维护性评估。F-16XL 的综合维修性比全尺寸发展阶段的 F-16，生产型 F-16 好得多，而以 XL-2 为最好。有关方面还专门进行了紧急状态下武器和燃料装载和维护演习，包括给飞机装挂 12 枚 MK-82 炸弹、500 发 20 毫米炮弹、两枚 AIM-9L 导弹，加油和起飞前的各种检查工作。演习结果表明飞行员登机前的各项准备工作时间仅 16 分钟，再加上飞机滑跑测试飞行控制系统时间也只有 24 分忡。
两架 F-16XL 验证机累计飞行时间超过 800 小时，试飞结果证明相当成功，尽管它在双重任务战斗机的招标中输给了 F-15E，但设计和飞行所得的许多结果对下一代战斗机的设计具有重要意义，因而长期被保密。1985 年试飞结束后，两架飞机被封存。1989 年，F-16XL-1 重新启封被用于 NASA 超音速流场和声爆研究，1996 年 4 月结束。F-16XL-2 于 1992 年启封用于 NASA 超音速层流控制研究。