与此同时，中情局正在寻找未来驾驶A-12的飞行员。条件几乎和挑选美国第一批宇航员——水星七号——一样严格：候选飞行员必须有驾驶高性能喷气机的资格，年龄在25至40岁之间，身高不超过6英尺（1.83米），体重不超过175磅（79公斤），以适应A-12狭小的驾驶舱。
他们还必须通过一系列严苛的体检，并接受旨在评估政治可靠性和情绪稳定性的面试。到1961年11月，首批12名飞行员已被选中。与驾驶U-2的飞行员一样，这些人正式从军队辞职，成为中情局的合同雇员，并达成协议，他们以后可以重返现役，且不会失去军衔或资历——这种做法被称为“洗羊毛”。
最终，在1962年2月28日，第一架A-12原型机被装进两个大箱子，通过公路从伯班克的臭鼬工厂运到古鲁姆湖进行飞行测试。由于没有哪个有自尊心的飞行员愿意驾驶“牛车”这种名字的飞机，因此试飞员以恒星星座的名字将这架奇特的新飞机命名为“天鹅座”。
4月24日，洛克希德试飞员卢·沙尔克正在进行高速滑行测试时，A-12意外升空数秒，完成了它的首次飞行（尽管时间很短）。第二天，A-12进行了首次正式飞行（尽管仍旧是非官方的正式飞行），沙尔克再次担任驾驶员。起飞后仅20秒，飞机开始剧烈抖动；沙尔克选择将飞机降落在跑道尽头的干涸湖床上，而不是绕圈降落。
当A-12停下来时，沙尔克听到了无线电里凯利·约翰逊愤怒的咆哮声：“卢，这到底是怎么回事？”
第二天，沙尔克又进行了一次非正式试飞，他一直没有将起落架收起，以防再次迫降的可能。起初，飞行十分顺利，但很快飞机的机翼前缘就开始脱落钛合金片。洛克希德公司的技术人员花了好几天的时间才在干涸的湖床中找到这些碎片，并将它们重新安装到飞机上。尽管如此，约翰逊对结果还是很满意，他说：
“我们证实，第一次飞行故障不是由飞机基本稳定性引起的。”
最终，4月30日，A-12在空军和中情局代表面前进行了首次正式飞行——比原计划晚了一年。
1962年4月25日，A-12首飞。
从此，飞行测试稳步进行，第二架A-12于1962年6月加入测试。5月2日，A-12首次突破音障，达到1.1马赫的最高速度。然而，没有合适的发动机，A-12永远无法发挥其全部潜力。中情局因此对普惠公司施加了更大的压力，终于在1963年1月，第一批J58发动机的A-12开始升空。同时，世界局势也清楚地表明了迫切需要像A-12这样的飞机。1962年10月27日，U-2飞行员鲁道夫·安德森在古巴拍摄苏联弹道导弹设施时被击落身亡。在这一事件的影响下，A-12项目进入了快车道，卢·沙尔克在1963年7月20日进行了首次3马赫飞行。
到1966年，A-12经常打破航空飞行的世界纪录——尽管是秘密和非官方的。例如，12月21日，洛克希德试飞员比尔·帕克驾驶飞机从古鲁姆湖向北飞越黄石国家公园，到达北达科他州俾斯麦；然后向东飞到明尼苏达州德卢斯；向南飞到亚特兰大和坦帕；向西北飞到波特兰；最后向西南飞越诺克斯维尔和孟菲斯，返回内华达州——全程仅用了6个小时就飞了16,300公里。
A-12起飞的瞬间
虽然飞行测试表明凯利·约翰逊的钛合金奇迹基本上是可靠的设计，但它仍然是一架难以驾驶且有时很危险的飞机。A-12的首次坠毁发生在1963年5月24日，当时飞行员肯·柯林斯发现仪表失灵，被迫在犹他州温多弗附近弹射。柯林斯没有受伤，飞机残骸很快被收集起来并秘密运走，目睹坠机的当地人被迫签署保密协议。坠机原因是皮托管结冰。
在飞行测试期间遇到的一个持续性问题是发动机进气锥形成的激波容易分离，导致发动机燃料供应不足，引发剧烈减速，飞行员将其形容为“陷入火车相撞”。这个问题威胁到整个项目的顺利进行，几个月后，工程师们才完善了一种系统，能够自动伸缩进气锥并在瞬间“重新捕捉”激波。
在A-12最终投入使用之前，它总共在古鲁姆湖进行了2850次试飞，后来陆续又损失了另外三架飞机。第一次发生在1964年7月9日，因俯仰控制伺服器冻结导致飞机失控，飞行员比尔·帕克安全弹射后获救。第二次发生在1965年12月28日，当时飞行员梅尔·沃伊沃迪奇起飞后不久经历了一系列剧烈的偏航和俯仰运动，不得不弹射逃生。事故原因被认为是稳定增强系统中的陀螺仪，被一名维护技师接错了线。最后一次发生在1967年1月5日，一架A-12因燃料耗尽在接近古鲁姆湖跑道时坠毁。飞行员沃尔特·雷成功弹射，但座椅未能分离，导致他坠地身亡——这是A-12项目中的第一次致命事故。事故原因无法确定，但调查人员怀疑是燃料指示系统出现了故障。
虽然A-12从设计之初就是一架没有搭载武装的侦察机，但其惊人的性能让很多人设想出它的其他潜在用途。例如，战略空军司令部指挥官柯蒂斯·李梅将军曾考虑将A-12用作高速核轰炸机，用来打击敌方纵深目标；而空军高层则设想A-12可以成为一种高空高速截击机，用于击落苏联的战略轰炸机，或者是一架更大、更远程的侦察机，以便在核打击后评估目标损毁情况。
尽管李梅的轰炸机从未建造，但空军的两个变体版本却得到了开发。截击机被命名为YF-12，配备了为武器系统操作员准备的第二驾驶舱，AN/ASG-18火控系统，以及AIM-47A空对空导弹，机身前部的边缘被摘除以容纳雷达罩。
休斯AIM-47A制导导弹准备装入YF-12A的弹舱。
三架YF-12原型机被制造出来，于1963年8月7日首次飞行。
洛克希德YF-12A（60-6934），三架原型机中的第一架。
第二种空军变体被命名为RS-71，RS代表“侦察/打击”，实际上A-12更大、更复杂的版本。它比A-12长一米，重6,800公斤，航程增加了13%，并配备了侦察员驾驶舱以及额外的摄影、合成孔径雷达和ELINT传感器。RS-71于1964年12月22日首次飞行，涂装有与A-12相同的黑色涂层，因此获得了“黑鸟”这个不朽的绰号。
YF-12A（60-6935）早期机身大部分是裸钛，并未覆盖黑色涂层。
空军RS-71（左）和中情局A-12。
在A-12及其衍生机型的发展过程中，美国政府面临一个日益棘手的问题：这个项目还能保密多久？成本的急剧上升使得国防部越来越难以否认A-12的存在，而航空公司飞行员和其他目击者经常在美国西南部的测试和训练飞行中看到这种神秘的飞机。
A-12及其衍生机型。
尽管洛克希德、中情局和空军努力保持项目的秘密，但真相迟早会被揭露。此外，洛克希德知道其在超音速空气动力学方面的尖端研究将对航空工业产生极大的影响，特别是在设计超音速运输机方面——这是协和式飞机的前身。最终，他们拟定了一个计划以管理公开的信息，并于1964年2月24日，由总统林登·B·约翰逊向全国宣布：
“美国已经成功研发出了一架先进的实验喷气式飞机A-11，该飞机已经在超过2,000英里/小时和超过70,000英尺的高度进行了持续飞行测试。A-11的性能远远超过了目前世界上任何其他飞机。这架飞机的开发得益于飞机技术的重大进步，对军用和民用领域都具有重大意义。几架A-11飞机目前正在加州爱德华兹空军基地进行飞行测试，以确定其作为远程截击机的能力。”
五个月后，约翰逊再次发表讲话，宣布：
“……成功开发了一种新的战略有人驾驶飞机系统，该系统将由战略空军指挥部使用。该系统使用新的SR-71飞机，提供了一种用于军事用途的远程先进战略侦察机，能够为军事行动提供全球范围的侦察…… SR-71是世界上最先进的。该飞机将以超过三倍音速的速度飞行。它将在超过80,000英尺的高度上运行，并使用了世界上最先进的各种观瞄设备。这架飞机将为美国的战略部队提供卓越的远程侦察能力。”
约翰逊的措辞非常谨慎。例如，使用A-11这个名称（这是A-12在获得雷达规避改进之前的原始名称）是一种误导，旨在迷惑潜在的间谍。此外，通过公开承认外形相似的YF-12的存在，希望能够继续将A-12侦察机保密。暂时来看，这一策略似乎奏效了，数十家航空期刊和其他出版物根据政府选择解密的少量技术信息，撰写了关于超先进“A-11”的详尽文章。同时，A-12的测试和训练计划在相对隐秘中继续进行。