Piętrzące się trudności z programem perspektywicznego naddźwiękowego bombowca XB-70 Valkyrie oraz dobre rokowania co do B-58 w miarę zaawansowania projektu, spowodowały jednak, że Dowództwo Lotnictwa Strategicznego (Strategic Air Command) ponownie wyraziło zainteresowanie tym samolotem. Dwa dni po pierwszym locie liczbę zamówionych maszyn przedseryjnych zwiększono do 30. 16 lutego 1957 oblatano drugi prototyp XB-58A. W toku prób kolejnych samolotów testowano m.in. zrzucany zasobnik, system walki radioelektronicznej, działko, a także eksploatację w warunkach zimowych na Alasce. Samoloty przedseryjne były oznaczone YB/RB-58A, gdyż samolot miał pełnić także funkcje rozpoznawcze.
W 1958 lotnictwo amerykańskie planowało zakupić 260 samolotów B-58, lecz wkrótce plany te ograniczono z powodu przewartościowania roli lotnictwa strategicznego. Gdy zdano sobie sprawę z dynamicznego rozwoju rakiet przeciwlotniczych, zdecydowano skupić się z jednej strony na bombowcach Boeing B-52 Stratofortress przenoszących pociski skrzydlate odpalane z dużej odległości, a z drugiej strony, na misjach na małej wysokości, gdzie trudniej wykryć samolot. B-58 okazał się zdolny do lotów na małej wysokości, lecz z uwagi na wytrzymałość konstrukcji, mógł na nich rozwijać jedynie prędkość poddźwiękową (ok. Ma 0,95), a także rosło zużycie paliwa.