1964年春，首架D-21完成，整体性能还不错，但毕竟是全新设计，速度和高度只能循序渐进地增加。经不断修改，到1964年5月该系统在子母机状态下已能达到2.6马赫。然而还有大量棘手问题，因此1965年进展很慢，只完成了首次捕获试飞（用于验证分离过程，并不真正分开）。
主要问题在于投放过程相当复杂，比如3倍音速时，仪表系统测不出投放产生的力。搞不清这个过程，约翰逊不敢试飞。直到1966年3月5日，D-21才首次投放试飞。
▲D-21实机
▲D-21的生产型
D-21/M21模型
当天，子母机起飞后先空中加油，然后开始逐步加速，D-21的冲压发动机起动。接近加利福尼亚州海岸外的投放点时，速度已达3.2马赫，高度21946米。完成检查和向D-21补油后，试飞员帕克开始柔和地爬升，然后推杆进入轻微俯冲。后舱的操纵员贝斯威克接到信号后按下释放键，从潜望镜里，他看到D-21向上脱离支架，稳稳地从M-21背上升起。接着，就像挂在上方约6米处一样，两三秒后，两机已是编队飞行。在燃料耗尽前，D-21共飞行222千米。
▲D-21实机
▲D-21三视图
▲D-12/M-21
然而，约翰逊对M-21投放风险的担忧一直没有消失。1966年4月27日第2次投放试飞成功，D-21共飞行2222千米，最大速度3.3马赫，高度27432米。官方立即签下了制造第二批15架D-21的合同。但出于对安全性、成本和航程的考虑，约翰逊正式提出用亚音速的B-52H轰炸机投放的方案。
可是1966年6月16日第3次投放再获成功。D-21飞行2871千米，8次转弯，拍下了海上多个群岛，只是最后回收舱分离失败。
▲D-21挂在B-52翼下
▲D-21/M-12
▲本·里奇与D-21模型
终于，1966年7月30日（见本章开头的“镜头3”）发生了惨祸，使约翰逊一直担心的投放问题应验了，陷入绝望的天才也认定：在3马赫的高速下投放这样大的飞机，安全性根本没有保障。(www.xing528.com)
1966年底到1967年初，D-21经过改装，更名为D-21B，载机改为B-52H。为了达到冲压发动机的点火速度，为D-21加装了一个圆柱形的固体火箭助推器，比D-21自己还长、还重，全长13.48米，重6032千克，这使D-21B的总重达到10896千克。火箭将工作87秒，平均推力12394千克。两架B-52H也增加了两个特大挂架，机内也进行了相应改装，能直接遥控无人机的许多功能。
按计划，投放将在约11582米高度进行，D-21B将先展开助推器腹鳍，测试，接通燃料。接着自由下落，助推器点火后向上爬升。在22555米高度，冲压发动机起动，然后抛掉助推器，靠自动飞行控制系统达到预定速度。侦察时，航向、坡度和照相机开关点都由惯导系统程控，一出故障就自毁。
任务完成后，D-21B会飞到安全空域，关闭发动机，减速，进入俯冲。在高度18288米，速度1.67马赫时，回收舱自动分离，并打开回收伞，由JC-130空中回收，不行的话还能浮在水上等待船只回收。机身则在下降到15850米时自毁。
▲D-21B投放后飞行
▲D-21B准备试飞
1967年夏末，整个“标签牌”计划从头开始。不料1967年9月28日的投放中，还没到达投放点，D-21B就自己掉了下去，原来挂架有一颗螺母滑丝，约翰逊称“实在是让人难堪”。到1968年1月共投放3次，D-21B却分别只飞了248、2648和519千米，只好暂停。
▲D-21B及其火箭助推器
这一阵子，美国侦察活动的背景已起了变化。国民党当局飞行员驾驶的U-2停止活动，147型无人机活动进入高峰，但覆盖不了内陆目标。这样，航程5556千米的D-21B似乎有点机会。可是，侦察卫星技术领域的新发展已接近实用化，此前数量有限的美国侦察卫星集中覆盖前苏联，不久新一代侦察卫星就能覆盖全球，卫星照片的分辨率也与飞机的不相上下，而且绝无政治风险。
直到1968年6月16日，D-21B总算迎来一次完美飞行，5278千米的设计航程和27432米的设计高度都达到了。虽然转向时冲压发动机总被吹灭，但每次都成功再点火。回收舱也成功回收，整个计划得到了完整的检验。
1968年12月15日和1969年5月10日、7月10日，又有三次试飞超过了5000千米。于是，空军和中情局向尼克松总统建议用D-21B侦察中国，约翰逊则忙着项目收尾，并开始考虑全机回收的方案。
▲D-21B准备试飞
▲D-21B准备试飞
▲1966年3月5日D-21首次发射时受损
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