На первых порах все U-2 находились в распоряжении ЦРУ и были организационно сведены в 1-ю, 2-ю и 3-ю «временные эскадрильи разведки погоды». Для осуществления их «метеорологической» деятельности использовались военные летчики, которые при этом временно увольнялись из ВВС и поступали в распоряжение ЦРУ. Однако начиная с июня 1957 года эти самолеты стали постепенно передаваться в ВВС США. В конечном счете они были сведены в 9-й полк стратегической разведки, дислоцировавшийся на базе ВВС Биль, штат Калифорния. Позднее, в 1982–1991 гг. U-2 находились в составе 17-го полка стратегической разведки, дислоцировавшегося на базе английских ВВС в Альконбери.

Проектируя U-2, американцы не только стремились сделать его недосягаемым для советской ПВО, но и рассчитывали, что первое время его полеты над СССР останутся незамеченными. Однако позже выяснилось, что советские радары сумели засечь все 24 облета советской территории, состоявшиеся в период с 1956 по 1960 годы.

1 мая 1960 года состоялся знаменитый полет самолета U-2B, пилотируемого летчиком ЦРУ Фрэнсисом Гэри Пауэрсом. Согласно плану, взлетев с аэродрома в Пешаваре (Пакистан), Пауэрс должен был пересечь советскую территорию и приземлиться в Будё (Норвегия). Однако в результате этот полет был прерван советской ракетой «земля-воздух» недалеко от Свердловска.

Самолет Пауэрса был оснащен пластиковым взрывпакетом с часовым механизмом. В аварийной ситуации летчик обязан был привести его в действие перед тем, как прыгнуть с парашютом. Однако Пауэрс не смог или не захотел это сделать. Он покинул подбитый U-2 и после приземления сразу же был арестован. Обломки же сбитого самолета позднее были выставлены на всеобщее обозрение в Парке им. Горького в Москве.

Неудачный полет Пауэрса был совершен за 15 дней до запланированной встречи на высшем уровне между лидерами ведущих стран мира в Париже. В результате инцидента с U-2 Хрущев потребовал от президента Эйзенхауэра принести официальные извинения, что привело к срыву встречи и ухудшению американо-советских отношений.

После этого инцидента U-2 больше не летали над Советским Союзом, но продолжали вести разведку в других регионах мира, входивших, с точки зрения США, в зону их геополитических интересов, таких, как Куба, Индокитай, Китайская Народная Республика.

Первый полет U-2 над кубинской территорией, организованный ЦРУ и санкционированный лично президентом Эйзенхауэром, состоялся 27 октября 1960 года. Начиная с 13 октября 1962 года в облетах Кубы стали принимать участие и пилоты американских ВВС. 27 октября, в разгар Карибского кризиса, U-2, пилотируемый майором ВВС США Рудольфом Андерсоном, был сбит над Кубой советской ракетой «земля-воздух». При этом летчик погиб.

Облеты территории Китая начались также в 1960 году. Однако выполнявшие их U-2 пилотировались не американскими, а тайваньскими летчиками. Наученные горьким опытом с Пауэрсом, американцы опасались потерь. И как выяснилось, совершенно справедливо. Первый U-2 был сбит над китайской территорией в сентябре 1962 года. Всего же, по китайским данным, над КНР было сбито девять U-2.

Следует отметить, что тайванцы не были первыми иностранными пилотами, севшими за штурвал U-2. Начиная с 24 августа 1958 года и вплоть до злополучного инцидента с Пауэрсом часть самолетов, отправлявшихся в шпионский полет над советской территорией, пилотировалась английскими летчиками.

Как и многие другие созданные в 50-е – 60-е годы образцы военной техники, U-2 оказался «долгожителем». Так, в 1990–1991 гг. U-2 совершили более 800 боевых вылетов в районе Персидского залива. Продолжали они нести службу и в дальнейшем, пережив тем самым своего преемника SR-71 «Блэкберд», о котором будет рассказано немного ниже.

Первые модификации U-2, носившие обозначения «A», «B» и «C», выпускались с 1955 по 1969 годы. Считается, что их было произведено около 60.

В конце 60-х гг. было выпущено 12 самолетов модели U-2R. Они были больше и эффективнее предыдущих. Помимо фотокамер, U-2R оснащались новейшей радиолокационной аппаратурой и различным радиоэлектронным оборудованием. Затем на базе U-2R был создан тактический разведчик TR-1, специально предназначенный для ведения наблюдения на Европейском театре военных действий. За период с 1979 по 1989 годы ВВС США получили 27 TR-1, а НАСА (Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства) два похожих ER-1. В 1991 году TR-1 были переименованы в U-2R. НАСА также использовало несколько ранних моделей U-2.

Точное количество произведенных U-2 засекречено и оценивается приблизительно в 100 машин.

Ранние U-2 модификаций «A» и «B» имели потолок порядка 18 км и могли развивать скорость до 430 миль/час. U-2C мог достичь высоты в 25,5 км и скорости в 528 миль/час. Наконец для U-2R потолок составляет 27 км, а максимальная скорость – 510 миль/час, то есть немного ниже, чем у U-2C.

Разведывательный самолет технологии «стэлс», являвшийся непосредственным предшественником SR-71 «Блэкберд».

О существовании А-12 впервые было публично объявлено президентом Джонсоном, заявившим 26 февраля 1964 года следующее:

Неизвестно, было ли то обстоятельство, что президент назвал самолет «А-11» вместо присвоенного ему фирмой-разработчиком наименования «А-12», результатом путаницы, или же он сделал это сознательно в целях, так сказать, «конспирации». Однако А-12 в то время действительно уже выполнял испытательные полеты.

Как и U-2, самолет был разработан по заказу ЦРУ в КБ корпорации «Локхид» «Сканк уоркс» («Skunk Works»). Его отличительными чертами были очень длинный обтекаемый фюзеляж и короткие дельтовидные крылья, на которых были закреплены два реактивных двигателя. Для постройки самолета использовался очень редкий и дорогой сплав титана, получение которого к тому времени было еще не вполне освоено. Материалы и чертежи были таковы, что А-12 приходилось создавать, в основном, вручную. Все это делало самолет крайне дорогостоящим.

Первые А-12 поступили на вооружение в ноябре 1965 года. ЦРУ предполагало использовать их для облетов Кубы, однако самолет так и не принял участие в этих операциях. Единственным боевым применением А-12 стали полеты над территории Северного Вьетнама, производившиеся с целью ведения фоторазведки с 31 мая 1967 и по начало 1968 года.

26 января 1968 года А-12 совершил полет над Северной Кореей с целью сфотографировать захваченный корейцами американский разведывательный корабль «Пуэбло». Во второй раз А-12 отправился в разведку над Северной Кореей 8 мая 1968 года. Это был его последний боевой вылет.

К марту 1968 года на базу ВВС США на Окинаве стал поступать сконструированный на основе А-12 новый самолет SR-71 «Блэкберд». Он был призван заменить А-12 в облетах территории Северного Вьетнама. Постепенно количество полетов, выполняемых А-12, было сокращено до минимума, необходимого только для поддержания боевого состояния и летной практики пилотов. А к концу 1968 года оставшиеся самолеты были списаны.

Всего было произведено 15 А-12. Из них шесть разбились в авариях, а еще одна – при попытке запустить беспилотный разведывательный самолет D-21. Кроме того, имелась и модификация А-12 в виде истребителя – YF-12A. В отличие от разведывательного варианта, эта модификация машины была двухместной и была вооружена ракетами «воздух-воздух». Всего было собрано только три YF-12A.