1955年底，3架U-2A（中央情报局飞行编号002、003、004）编入了U-2战斗序列，飞行高度70000ft成为基本要求。由于U-2的结构设计非常好，除原本计划的20架飞机订单外，臭鼬工厂还利用多余的资金建造了6架额外的飞机，这让政府节省了足足200万美元。1956年初，飞行测试和性能评估进行得十分顺利，6月，U-2投入使用。虽然U-2屡屡被苏联的雷达发现，但是在1960年5月1日美国中央情报局的弗兰克·鲍尔斯被击落之前，没有一架U-2被击中。在整个20世纪60年代，部署台湾的U-2多次侵入我国领空侦察，被中国人民解放军先后击落5架。1963年11月1日空军地空导弹二营在江西上饶地区上空第二次击落国民党空军U-2飞机的坠毁现场，当第四架飞机被击落后，我国于1965年在军事博物馆展出了U-2的4架残骸。
3.2.3 U-2 飞机的系列化改型
U-2最终还是被击落了，无论是在苏联还是在中国。臭鼬工厂非常关注U-2被击落的原因。通过苏联公布的一张打下来的飞机照片，工程师们发现了U-2可以改进的地方。凯利·约翰逊甚至请求美国政府用苏联间谍换回被俘的U-2飞行员，并将飞行员请到工作室协助改进U-2。臭鼬工厂希望U-2的改进型号能实现更多更强大的功能。在接下来的几十年里，U-2的传奇经历继续上演，这完全得益于臭鼬工厂的不断改进。在20世纪50年代至60年代初，臭鼬工厂持续改进基本型U-2A的设计，产生了8种U-2改型：
（1）U-2A：原型，使用普·惠J57-PW-37（A）涡喷发动机。
（2）U-2B：仅是建议，空军没有购买。较U-2A不同的是机头装有雷达天线，有雷达操作员使用的后座舱。
（3）U-2C：U-2A的改型，使用普·惠J57-PW-13B涡喷发动机。
（4）U-2CT：U-2C的前后舱双座型，用于飞行员训练和转运。
（5）U-2D：U-2C的前后舱双座型，设备舱有仪器操纵员的位置，用于电子战和通信情报战。
（6）U-2E、U-2F、U-2G：U-2C舰上着陆与起飞的试验型，为了达到更长航时，分别装有空中加油设备。
1965年，洛克希德公司提议一种U-2C的改进型——U-2R，公开的编号则是WU-2C，因为洛克希德公司认为那些没必要知道U-2R的人，会猜想此型飞机只是U-2的一种气象观测型。
当U-2的原型批生产于1968年结束时，臭鼬工厂对改进型U-2R的研发工作已控制得相当好了。此型飞机的翼展为103ft，机翼面积1000ft2，而原先U-2原型的机翼面积才600ft2。它采用J75-PW-13B涡喷发动机，比以前的型号大20%的推力，总推力为17000lb。驾驶舱增大了45%，以提高飞行员长久飞行时的舒适度。除此之外，U-2R也对一些设备做了一些改进，使其拥有较好的战场维修性。U-2R可在70000ft高空每分钟飞行9mile（540mile/h），并能搜索300mile范围内的所有敌方雷达和通信站。U-2R可巡航10h，但也曾经在70000ft以上高空停留超过27h以充当美国陆军的通信中继站。U-2A、U-2C及U-2R等型的技术性能参数。
1980年，美国空军提出购买33架U-2R、2架U-2RT（U-2R的双座型，用于训练飞行员）和2架U-2ER（供NASA使用），并将其改名为TR开头，代表“战术侦察”。为此，洛克希德公司重开了U-2生产线。1981年6月，洛克希德公司交付了重开生产线后的第一架U-2ER，接收方为NASA阿姆斯研究中心。U-2R和U-2RT（正式名称是TR-1A和TR-1B）则按照合同要求于1981年9月～1989年10月陆续交付给美国空军。
臭鼬工厂的工程师们改进了U-2R以适应不同任务下可更换的机头部分，包括任务舱盖、装检测仪器的机翼超级吊舱，这样可允许新的机型携带4000lb的传感器和试验器材。新的U-2R能在70000ft高空以430mile/h的速度飞行。所有作战型U-2R，不论是早期的还是后期的，都换装了通用电气的F101-GE-F29发动机，这是装在B-2隐身轰炸机上的F118发动机的衍生型，能产生19000lb的推力。
改进后的U-2R可进行全天候、昼夜战场监视，为美国及其同盟国地面部队提供支援。它能够在敌防区外精确识别目标，而不用深入敌方领空；其不加油作战半径超过3000mile。最后一架U-2R于1989年10月3日交付。当时的臭鼬工厂副总裁本·里奇在1991年4月出版的《洛克希德预先研究发展公司信息手册》上写道：“我们可以骄傲地认为TR-1（U-2R）是国防采办过程的一个典型，我们始终在预算内完成了它，并提前了进度。”
U-2诞生50多年后，臭鼬工厂仍在继续支持服役于美国空军的U-2机队——无论新旧，对它们进行保养、升级、更换备件。如今，U-2的飞行任务已经和冷战时代大不相同。而且，它屡经更新换代，性能大大提升，机身也越来越大。U-2配备了机载红外扫描仪以及合成孔径雷达等先进侦察设备，在浓雾、沙尘暴、阴天等恶劣气候下能照常工作，发回的图像栩栩如生，U-2甚至还能辨别人造目标和自然目标。臭鼬工厂的U-2已经大大超越了1955年的U-2原型机。虽然美国现在拥有了RQ-4“全球鹰”，其飞行高度和U-2不相上下，滞空时间长达30h，是U-2的两倍多。但是U-2的能力始终无可替代。虽然“全球鹰”经过改进，载荷能力提高很多，但仍远不及U-2的4000lb有效载荷，这导致“全球鹰”所携带传感器的探测距离、范围都低于U-2。在现役的U-2飞机中，最晚服役的一架是1989年生产的，它们都更换了最新的发动机和侦察设备，理论上，它们可以工作到2050年。美国人自己也说，U-2无可替代，它的退役时间取决于“全球鹰”何时能达到它的能力，这不得不说是臭鼬工厂的又一传奇。
3.3 高空战略侦察机——SR-71
“黑鸟”系列飞机代表着有人驾驶飞机性能的顶峰。这种20世纪50年代末60年代初设计的飞机现在仍然保持着常规有人驾驶飞机的飞行高度和飞行速度纪录。最终型“黑鸟”——SR-71的时速超过了2000mile，飞行高度达到85000ft。它从纽约飞往伦敦仅用了1h55min。SR-71为凯利·约翰逊赢得了1976年L.B.约翰逊总统颁发的自由勋章。
“黑鸟”家族由3种略微不同的机型设计组成，分别是A-12、YF-12以及最终的SR-71。所有这些飞机表面都是黑色，“黑鸟”的名字由此而来。A-12是为中央情报局开发的侦察机、间谍飞机（美其名曰“真相探寻者”），以应对U-2侦察机存在的问题。在1960年加里·鲍威尔驾驶的U-2被击落之前，美军领导者们就意识到了U-2飞机相对于苏军雷达和导弹的易感性。他们渴望一种新型的飞机能够以更好的侦察和防御能力来渗透苏联领空。这种飞机需要具备高空飞行和高速作战能力，同时又不易被雷达发现，从而深入苏联领空并避开任何导弹和飞机的袭击。
SR-71“黑鸟”侦察机的第一次实战是在越南战争期间。1968～1969年，越南人民军防空导弹部队对SR-71“黑鸟”战略侦察机共进行了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，杀伤概率为0。在这些导弹攻击中，有11次（50%）没有到达导弹迎击目标的距离，其主要原因是未能及时发现目标并发动攻击，导弹射击时，目标已经飞到了有效杀伤范围之外。SR-71的威力可见一斑。
1973年中东战争期间，一架“黑鸟”用不到半天时间就从纽约州北部一个基地直接飞到中东然后飞回美国，一共飞了11800多英里。它所拍的照片第二天便到了以色列军方参谋人员的桌子上。在柏林墙倒下之前，“黑鸟”曾连续15年每星期两次从英国飞往苏联最北端的摩尔曼斯克大型海军基地，拍摄北极地区掩蔽坞内的苏联核潜艇，追踪它们的活动，计算它们的导弹发射装置。每次苏联都派出最新的米格战斗机拦截，不过它们始终飞不到“黑鸟”的高度。在“黑鸟”服役24年期间，从来没有一架被击落，也从没有一位飞行员死于敌人炮火之下。
3.3.1 项目背景
冷战时期，对苏联的侦察是美国空军的重要任务。在U-2刚刚投入使用时，美国空军就开始计划它的后继机型。中央情报局的比斯尔认为U-2的撒手锏是飞得高，苏联的截击机和导弹都无法企及。但U-2的速度非常慢，随着苏联的防空力量发展，被截击是迟早的事情，必须进行U-2的后继机型研发工作。
U-2首飞后，凯利·约翰逊也认为尽管U-2未来可以通过新技术来改进其性能，例如硅片、光纤、复合材料以及更大推力的发动机，但是U-2是按亚声速飞行设计的，并不是采用这些技术就能飞得更高。臭鼬工厂需要一种新的设计来代替它。尽管当时军方并没有提出设计要求，只存在一种对新型飞机的需要，即更高的高度、更快的速度。但是臭鼬工厂还是自己制定了设计要求。
臭鼬工厂对被攻击性进行了分析研究，认为下一种飞机应该在80000～85000ft以上的高度飞行，速度应大于3倍声速；同时应该有足够的机动能力来躲避苏联可能研制出来的任何类型的导弹，如SA-2；它应该在飞行中足够稳定，以便在90000ft的高空进行摄影；它应保留U-2飞机那种能够拍摄地面非常微小目标的能力，但飞行速度却比U-2快4～5倍。美国军方要求它利用KC-135加油机进行几次空中加油后，能具有环球飞行能力。这种飞机的RCS也应该极低，使得它很难被探测到。
从1958年4月21日到1959年9月1日，臭鼬工厂掌门人凯利·约翰逊向中央情报局和美国空军就这种速度超过Ma3的侦察机提出了一系列方案。但中央情报局的比斯尔作为评审委员会主席，不愿意未经设计投标就把研究U-2后继机型的合同给制造U-2的同一家公司，原因是担心同一家公司的产品方案会十分相近。他认为只有在权衡过其他公司的方案之后，才能决定是否把这个型号的研制任务交给洛克希德公司。
当然其他竞争者的方案也很具创意。例如，海军内部发展了一种充气的橡皮飞机方案，先用气球带上高空，然后用火箭推进到它自己的冲压发动机可以点火的速度。而康维尔公司提出一种用冲压发动机推进、速度Ma4的飞机方案。这种飞机必须由另一架载机带到空中，在超声速时将其投放，此时它的冲压发动机可以接替工作。但是，无论是上述哪种方案，以当时的技术力量要实现都非常困难。
臭鼬工厂绞尽脑汁设计了12个方案，分别从A-1到A-12。正如里奇·史塔勒所言，凯利带着他们的12个方案去竞争。1959年8月29日， A-12方案获胜。该方案被臭鼬工厂命名为“牛车”计划。A-12共生产了15架，第一架A-12于1962年4月26日起飞。YF-12是A-12的战斗机/拦截机型，意在拦截和攻击所有当时在研的苏军轰炸机。YF-12增加了一些功能，例如机头的脉冲多普勒雷达和雷达制导空空导弹。YF-12飞机只生产了3架。SR-71是A-12和YF-12的增强型。它的体积略大，配有动力更强的发动机，还有一些气动力方面的细微差异。SR-71不同于前面的只能容纳一名飞行员的型号，它还能容纳一名侦察员。SR-71生产了32架，这种飞机仍然保持着有人驾驶飞机飞行速度和高度的纪录。
3.3.2 项目研制
SR-71的研制过程并非一帆风顺，这是一种具有非常高技术含量的高空高速飞机，其外形、结构、材料、发动机甚至燃油，都需要创新性的设计，以前的经验几乎不能提供参考。
1.特殊的设计
SR-71的外形，从前方看起来像是一条吞吃了3只老鼠的蛇。整个机身很平滑，臭鼬工厂还在后续机型的机身两侧加了边条，起到增加升力的作用。这种外形是通过风洞试验确定的。SR-71融合了早期的隐身设计，RCS很低。然而，外形的隐身设计并没有包含高温发动机排气，而这也能反射雷达信号。SR-71在联邦航空局的远程雷达上是最大的目标之一，在几百里外就可搜索和跟踪到。