D-21B，下方是固体火箭助推器
巨大的挂架
1967 年 9 月 28 日，B-52H 携带着 D-21B 进行了首次发射实验，助推器顺利点火，但是 D-21B 却从 B-52H 的外挂架上掉了下来，一头栽到了地面上。凯利.约翰逊称这次事故“十分令人惭愧”。接下来从 1967 年 11 月到 1968 年 1 月进行的三次实验没有一次取得完全成功，凯利.约翰逊命令技术人员对项目进行彻底检查。但是命运女神并没有因此而青睐他们，1968 年 4 月 30 日的发射实验再一次以失败告终之后，洛克希德公司的工程师们被迫返回到设计图纸阶段，希望能从中找出失败原因。1968 年 6 月 16 日，D-21B 的飞行实验终于获得了期盼已久的完全成功，在这次飞行中 D-21B 按照预定的高度和路线完成了飞行任务，侦察设备舱也被成功回收，但由于是测试飞行，侦察设备舱内未装备相机。但是问题并没有就此结束，紧接着的两次飞行实验又都失败了。仅在 1968 年 12 月的一次飞行实验取得了成功。1969 年 2 月在夏威夷附近的发射实验又以失败收场，但 1969 年 5 月、7 月进行的两次飞行实验又相继取得成功。
正在进行空中加油的 B-52H 载机
谍影重重
12 次发射实验却有 8 次失败，成功率远小于 50%，这样差的成绩表明 D-21B 还远未成熟。但是美国空军和中央情报局没有耐心在等下去了，因为从其它渠道得到的情报显示，中国的核武器已经发展到一个“相当令人恐怖”的阶段。于是就如同它的前辈 A-12 一样，D-21B 也被急匆匆地赶着披挂上阵了。
D-21B 飞行流程示意图
作为“高级碗”的计划的组成部分，1969 年 11 月 9 日，一架 B-52H 携带着 D-21B 从美国阿拉斯加的艾尔森空军基地起飞，对位于中国西北部罗布泊附近的核武器基地执行侦察任务。这也是 D-21B 首次执行侦察任务。当 B-52H 飞到预定发射空域后发射控制官按下了发射按纽，D-21B 在助推火箭的强大推力下飞了出去。一切看起来都很顺利，但是 D-21B 却如同石沉大海一般一去不复返。虽然美国人坚信中国自始至终没有发现这架无人侦察机，但是他们也无法解释为何 D-21B 会无缘无故的失踪。“臭鼬工厂”的技术人员又重新检查了设计方案，并在 1970 年 2 月 20 日进行了一次额外的飞行测试，测试取得了成功。于是在 1970 年 12 月 16 日，D-21B 第二次飞临罗布泊上空执行对中国核武器基地的侦察任务，这次侦察完成得非常顺利，D-21B 成功返航，并在太平洋上空将侦察设备舱弹射了出去，但是降落伞出现故障无法打开，回收人员只能眼睁睁地看着侦察设备舱被摔成碎片。1971 年 3 月 4 日进行的 D-21B 第三次侦察飞行更加令人失望，在这次飞行中 D-21B 完成了侦察任务，并按预定程序返回，侦察设备舱被弹射了出去，降落伞也成功打开，但是 JC-130B“大力神”飞机空中回收失败。美国海军的一艘驱逐舰试图将落在海面上的侦察设备舱捞起，也未能成功，它最终消失在了茫茫大海之中。很奇怪的是当初设计 D-21B 侦察设备舱的时候并没有给它加上类似气囊之类可以使其在水上漂浮的装置，如加上类似装置并让其在水面降落那回收起来要容易得多，而且也不会出现侦察设备舱石沉大海之类的事情。类似的装置在技术上对美国而言并非难事，也不会给 D-21B 增加多少成本和重量，但是 D-21B 自始至终也没有装上此类装置。不知是美国担心落入海中的侦察设备舱可能会被敌方截获，还是过分相信了自己的空中回收能力。
D-21B 侧面剖视图
D-21B 的第四次，也是最后一次侦察飞行于 1971 年 3 月 20 日进行，它在飞行的途中失踪，据分析坠落在了内蒙古或外蒙古的戈壁中。有资料称它是被中国击落的。但是美国一直认为，在中国领空上飞行过四次的 D-21B 从未被中国发现过。虽然 D-21B 的机体很小，外形符合隐形原理，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，使得它有很小的雷达横截面，但是这并不表明它不会被探测到。D-21B 以 3 倍音速飞行时， 与空气摩擦使得机体蒙皮温度可达 700 度，其红外峰值波长为 3.2 微米，而它冲压式发动机喷气流温度更是高达 1,500 度， 红外峰值波长为 1.6 微米，红外辐射非常强烈。这使得红外搜索跟踪仪可以很轻易的发现它。有资料称 D-21B 外壳蒙皮上涂的一层特殊黑色涂层有吸收电磁波的作用， 这种说法并不准确。最初 D-21的钛合金蒙皮表面并没有黑色涂层，但在飞行测试的过程中技术人员发现机体热辐射率太低使得机体热量不能很好散失（无漆钛合金的表面辐射率只有 0.39），而涂上这种黑色涂层后机体的热辐射率可以高达 0.93～0.95。而当时能够吸收电磁波的隐形涂层非常脆弱，在 3 倍音速和 700 度的高温下很容易失效和脱落，后来使用隐形涂层的 F-117 和 B-2 都是亚音速飞机。因此黑色涂层主要是为了散热和减少光反射率， 而不是传说的用于吸收电磁波，A-12 和它的后期发展型 SR-71 使用这种黑色涂层也是出于同样的目的。SR-71 还因此得到了一个“黑鸟”的绰号。
D-21B 可回收照相舱
JC-130B 回收任务舱
至于地面雷达能否发现 D-21B，我们可以看看它的前辈 A-12 和 SR-71 在越南战场上的表现。越南人民军防空导弹部队的记录表明，在越南战争时期，CA-75M 防空导弹系统（即大名鼎鼎的萨姆-2 防空导弹系统）对 SR-71 的平均发现距离是 70-75 千米，只是 SR-71 的飞行速度太快，很快就能脱离导弹攻击范围，而且飞行员利用机载侦察设备和主动干扰发射装置对防空系统进行干扰，并及时采取有效的回应措施。这些导致 1968-1969 年，人民军防空导弹部队对 SR-71 共进行了 22 次导弹攻击，发射了 29 枚 B-750 型地空导弹，却未能击落一架。其它资料也都表明，地面雷达发现它们并不困难。之所以 A-12 和 SR-71 使用多年，经常入侵别国领空进行侦察活动， 却没有被武器击落过。 原因是当时的防空导弹对付这种高速飞行目标的性能不够，而不是不能探测或跟踪到它。而对于 D-21B，只要有高性能的雷达，也可以使其无所遁形。