生产型 D-21 的绰号为“袖珍黑鸟”，官方称其是在生产 A-12 之前作为概念验证用途的实验机，但这种说法只是用来掩饰。D-21 翼展 5.80 米，机长 13.06 米，机高 2.14 米；最大重量 4,990 千克，采用 RJ43-MA-11 冲压式喷气发动机，最大速度 3.35 倍音速，续航距离 5,550 千米。整个飞机从外型上看象是一台 A-12 的发动机舱配上缩小的三角形机翼与垂直尾翼，又有点像游弋在海洋中的蝠鲼。全机采用钛合金制造，机首两侧有两条天线用来接收控制信号。由于机体很小，再加上机首和机翼前缘采用可减少电磁波反射的特殊塑胶制造，因此据说当时的雷达都很难发现其踪迹，被称为当时最先进的隐形飞机。在发射前 D-21 是架在 M-21 的机背上，机首的进气口和机尾的排气口均用整流罩封闭。M-21 在高速飞行时以弹道弹射的方式将 D-21 发射出去，然后 D-21 抛掉机首和机尾的整流罩，发动机点火工作并开始加速，通过事先设定的飞行路线进行侦察活动。为了减轻重量和降低费用，同时也为了保密，D-21 没有设计回收功能，它的侦察设备和昂贵的制导系统都按照模块化设计，装在机头下面侦察设备舱中的可回容器内，在飞机完成侦察任务后，该容器可按预设程序或据遥控指令抛投在一定范围内，然后由经过特殊改装后的 JC-130B“大力神”飞机从空中回收，这和美国空军回收间谍卫星胶卷舱的方法一样。D-21 在投下可回收容器后便自动爆炸销毁。
D-21 与 M-21 载机
正在生产线上的 D-21 与 M-21
整个设计方案看起来都很完美，但是一些设计人员却认为其存在着明显的潜在危险。由于 D-21 采用 RJ43-MA-11 冲压式喷气发动机在低速下无法工作，因此 M-21 在必须在高速飞行时才能发射 D-21，这时的 D-21 在与母机分离时要小心翼翼，躲避 M-21 那高耸的垂直尾翼，整个分离过程稍有不慎就有可能造成灾难性的后果。而 D-21 随后抛掉的机首和机尾整流罩也是 M-21 需要格外注意的对象，因为在高速飞行中任何碰撞都将是致命的。
首批 D-21 共制造了6架，用于进行各项测试。1964 年 12 月 22 日，M-21 搭载 D-21 首飞，这次飞行主要研究空气动力学和其它系统问题，并没有进行发射实验。在接下来的试验过程中 D-21 问题不断，其中一次飞行中 D-21 的机首整流罩意外破碎脱落，碎片砸坏了 D-21 的部分机翼，险些酿成重大事故。这些都迫使设计人员不断修改设计方案，原定在 1965 年 3 月发射子机的实验也被迫推迟了整整一年。1966 年 3 月 5 日，进行了 D-21 的首次发射实验，由出厂编号为 135 的 M-21 发射了编号为 503 的 D-21，不过 D-21 在发射之后仍在 M-21 母机的背上停留了几秒钟才飞出去。虽然只是短短的几秒钟，但对 M-21 的飞行员和地面上的监控人员而言这就像几小时一样漫长。凯利.约翰逊称：“这是我所见过的飞机所做的最为危险的动作。”发射后的 D-21 在飞行了几百千米后坠毁。总体而言，这次实验还算成功，但是空军和中央情报局的官员们对此却并不满意。意识到风险的凯利.约翰逊在同空军官员交换意见后，建议将 D-21 改由 B-52 轰炸机挂载发射，并捆绑固体火箭助推器将 D-21 加速到其冲压喷气发动机能够工作的速度。但是这一建议并未被立即采纳。
D-21 的机头与机尾整流罩
1966 年 4 月 27 日，D-21 第二次发射成功，虽然在飞行了 4,000 千米后因为系统故障而失踪，但是 D-21 达到了 27,400 米的作战高度和飞行速度 3.3 倍音速这些预定目标。这的确是非常令人满意的进展。这次飞行测试增强了政府对该计划的支持，并在月底与洛克希德公司签署了再生产 15 架 D-21 的合同。1966 年 6 月 16 日进行的第三次飞行测试，也是首次全程飞行测试又取得了成功，唯一的问题是侦察设备舱因为电子元件故障未能正常弹射。形势看上去一片大好，但这时隐藏的问题暴露了出来。1966 年 7 月 30 日，在第四次的发射测试中，M-21 发射 D-21 后，D-21 却不正常地向下飞行，把 M-21 母机撞成两截。飞行员比尔.帕克和发射控制官雷.特里克在飞机残骸中停留了一段时间才弹射。两人均弹射成功并降落在海面上，但雷.特里克错误地打开头盔上的面罩以至溺水死亡。
1966 年 7 月 30 日事故的连续图片
“标签”计划因这次严重事故而被迫中止，取而代之的是由 B-52H 两翼下挂载 2 架 D-21B 的“高级碗”计划。D-21 原是与 M-21 配合使用设计的，所以已经生产出来的无人侦察机不得不全部拆除重新装配。但是从低速的 B-52H 上发射，难以加速到其冲压喷气发动机能够工作的速度，为此在它机体下部加装了一部固体火箭助推器。为能够与 B-52H 轰炸机机翼下的外挂架相连接，还在它的机背上安装了挂载装置。改装后的无人侦察机被称为 D-21B，B 指的是助推火箭型（booster），而原先的则被称为 D-21A。固体火箭助推器长 13.5 米，重 6.025 吨，比 D-21 本身还大还重。推进器底部的小型尾翼可以确保其飞行时保持水平，尾翼可折叠，以防止其在挂装时擦碰到地面。固体推进剂的燃烧时间为 87 秒，推力 121 千牛。与此同时还有 2 架 B-52H 轰炸机也接受了改装，用来携带和发射 D-21B，改装后的 B-52H 在机翼下用大型外挂架更换了原先用于挂载“猎犬”巡航导弹的小型挂架。在 B-52H 轰炸机的驾驶舱的后部增加了两个独立的发射控制工作站和指挥、测控系统。机上还加装了一套天文导航系统以确保 D-21B 按照确定好的坐标发射，以减少飞行制导误差。一套温度控制系统可以使 D-21B 在发射前保持恒温状态。