Durant l'été 1964, l'état-major américain demanda que le A-12 soit en mesure d'effectuer avant la fin de l'année des vols de reconnaissance au-dessus de Cuba, à la vitesse de Mach 2,8 et l'altitude de 24 000 m (opération SKYLARK). Comme l'avion n'était pas encore totalement opérationnel à cette époque, il fallait encore valider les performances des appareils photos, certifier les pilotes à cette vitesse, préparer les plans de vols et s'assurer de la disponibilité des avions. Bien que la CIA ait annoncé quelques mois plus tard qu'elle était prête, la mission fut finalement confiée à des U-2.
En 1965, il fut demandé de préparer des vols de reconnaissance au-dessus de la Chine puis du Vietnam, les A-12 devant pour cela être déployés sur la base de Kadena à Okinawa (opération BLACK SHIELD). Des vols d'essais permirent de valider la possibilité de mener des missions à Mach 3,05 et 23 000 m d'altitude, sur des distances de 3 700 km. Une procédure de ravitaillement en vol fut également mise au point. Le premier A-12 arriva à Okinawa le 22 mai 1967 après 6 heures de vol direct, suivi par deux autres quelques jours plus tard. Sept vols de reconnaissance furent réalisés au-dessus du Vietnam entre le 31 mai et le 15 août, et 15 de plus jusqu'à la fin de l'année. À partir du mois d'octobre, les A-12 durent faire face aux premiers tirs de missiles antiaériens, sans conséquence cependant. Début 1968, des vols furent également réalisés au-dessus de la Corée du Nord.