D-21最初以A-12为搭载母机，以获得冲压发动机启动的高速。
实战应用
D-21B服役后的实际投入使用，前后总共只有4次，行到代号“高级投球手”。这4次任务都是在1969年11月9日到1971年3月20之间执行的，目标都是一个地方--中国新疆罗布泊地区，任务是探测和搜集中国的核试验信息。在第一次任务中，中国军方根本没有觉察到D-21B的入侵，但是该机在执行任务过程中神秘失踪。任务之后，洛克希德的工程人员又对载机和无人机进行了设计审查和测试，并在1970年2月20日进行了一次成功的试射。D-21B的第二次实战任务是在1970年12月16日，D-21B在完成侦察任务后成功返回回收点，但是存有所有情报信息的“气密舱”虽然弹射成功，但是在降落的过程中没有打开降落伞，导致整个任务舱全部损毁，信息无法回收。
1971年3月4日，D-21B开始执行第三次实战任务，同样遭遇失败。在这次任务中，D-21B成功完成了实现设定的所有侦察任务，并且在返回的过程中成功抛掉了任务舱，任务舱的降落伞也成功打开并最终降落在海上。但是万千计算终有疏忽，这次问题出现在海军，当海军的一艘驱逐舰终于确定任务舱的落点，匆忙赶去打捞时，由于时间太久任务舱已经沉入海底，海军多次派人潜水搜寻也没有找到。D-21B的第四次也是最后一次实战应用是在1971年3月20日，不行的是在飞行过程中突然失踪。根据最近在中国航空博物馆展出的残骸来看，也证明了美国方面多年前的猜测，即该机在执行任务时电气系统出现故障，坠毁在森林里，最后被中国军方获得。
1971年7月，鉴于D-21B的成功率太低，并且军方已经开始部署性能更先进的新一代侦察卫星，所以D-21B研制计划被取消了。
1990年，苏联解体后，解体凯利·约翰逊出任臭鼬工厂新掌门的本·理克访问了俄罗斯，当时俄罗斯方面向其展示了一个装满飞机残骸的包装箱，里面就是第一次执行实战任务时神秘失踪的那架D-21B的残骸。原来该机在执行任务中因机身故障坠毁在了西伯利亚，苏联方面得到飞机残骸之后进行研究，并将其交与了图波列夫设计局。之后，图波列夫设计局按照苏联军方的要求展开了反向设计，计划名为“大乌鸦”，但是一直没有造出时机。
D-21B计划被取消后，总计制造的38架无人机中，有21架已经在测试和任务中消耗掉了，其余的17架被送往戴维斯-蒙森空军基地，并被重新命名为GTD-21B。不过，由于美国空军的各项研制计划本来就非常之多，加之许多计划都是见不得光的，所以当D-21B以GTD-21B的名字对外公开展出时，很多人都认为这个怪物只是A-12/SR-71研制过程中的技术验证模型。后来，NASA从戴维斯-蒙森基地获得了4架D-21B，用于“火箭用复合循环发动机”（RBCC）的空中测试，该发动机可以用于火箭和未来高速飞行平台。后来，NASA有了X-43A高超声速平台，就放弃了D-21B。至此，D-21B的归宿就只有遍布美国各地的博物馆了。
