Pierwszy lot prototypu Blackbirda o nazwie A-12 odbył się 24 kwietnia 1962 roku w tajnej bazie USAF Strefa 51 nad jeziorem Groom Lake w Nevadzie. Zbudowano w sumie 15 egzemplarzy, z czego 12 było maszynami jednomiejscowymi, a jeden był dwumiejscową wersją treningową A-12B. Dwa ostatnie A-12 przerobiono na dwumiejscowe maszyny M-21 przenoszące bezpilotowy pojazd rozpoznawczy D-21. 22 grudnia 1964 z bazy AF Plant 42 w Palmdale wystartował pierwszy egzemplarz samolotu SR-71A Blackbird. W styczniu 1966 roku, do USAF trafił pierwszy samolot szkoleniowy SR-71B, a jego ostateczna wersja SR-71A zaczęła zastępować samoloty A-12 rok później. 5 czerwca 1968 doszło do katastrofy A-12. Jeszcze w tym samym roku, ostatni egzemplarz A-12 został wycofany ze służby.

We wczesnej wersji myśliwskiej YF-12A zamontowano trzy rakietowe pociski zdalnie sterowane;