Al suo primo volo, il 26 aprile 1962, l'A-12 era provvisoriamente potenziato da 2 turbogetti J75 al posto dei J58(non ancora pronti).Iniziò così un lungo programma di sviluppo, durante il quale furono molti i problemi da risolvere. Ciononostante, iniziarono le missioni operative per conto della CIA. l'A-12 era monoposto ed è distinguibile dall'SR-71 per il profilo più snello della parte anteriore della fusoliera, non che dalla mancanza del prolungamento del cono di coda oltre la corda alare.
M-12 e D-21
Una coppia di A-12 fu modificata per essere unitlizzata come piattaforma di lancio del velivolo radioguidato da ricognizione D-21, che potava raggiungere la velocità di Mach 4.
Esso veniva trasporato sul dorso dell'aereo madre. Denominati probabilmente M-12, questi due velivoli avevano una cabina posteriore occupata dall'operatore responsabile del lancio.
Un esemplare andò perduto, l'altro fu modificato mediante una cabina sopraelevata, e utilizzato per l'addestramento dei piloti.
YF-12A e YF-12C
Uno dei primi derivati dal progetto iniziale Backbirdfu l'YF-12A, una versione da intercettazione dotata di un radar Hughes ASG-18 nel muso, sensori all'infrarosso nei raccordi latarali di fusoliera e missili AIM-47 contenuti in un vano ventrale.
Questo aereo aveva un pinna ventrale ripiegabile ed un secondo posto per l'operatore dei sistemi d'arma.
Il primo YF-12A volò il 7 agosto 1963 e fu successivamente utilizzato per battere irecord assoluti di velocità e di quota.
Terminato il programma per l'intercettore YF-12A, i 3 esemplari realizzati furono utilizzati per una grande varietà di esperimenti, sfruttandone le paricolari prestazioni.
La Nasa diresse la maggior parte di questo programma e ai 3 velivoli si aggiunse il secondo SR-71 costruito.
Questo era stato rpivato del suo equipaggiamento militare e aveva perciò prestazioni superiori a quelle degli altri esemplari in servizio.
Ebbe un numero di serie fittizio e gli fu data la designazione di YF-12C, sebbene fosse del tutto simile agli altri SR-71.
SR-71A
Realizzato modificando esteriormente l'A-12 con fusoliera allungata, cabina biposto e miglioramenti nelle prastazioni di autonomia e carico utile, l'SR-71A fece il suo primo volo il 22 dicembre 1964 a Palmdale, in California. Le consegne al 4200° Wing inizarono
nel gennaio 1966 e il reparto fu rinumarato 9° Wing nel corso dello stesso anno. Entro il 1968, tutte le missioni degli A-12 furono affidate a questo reparto.
SR-71B
Due esemplari dei Balckbird vennero trasformati in SR-71B, caratterizzati da una seconda cabina sopraelevata posta dietro la prima, e utilizzata per l'addestramento dei piloti.
Uno di essi andò perduto nel 1968 e fu rimpiazzato con uno speciale SR-71C, un esemplare ibrido realizzato assemblando la sezione posteriore di fusoliera di un YF-12A con parti di un modello ingegneristico.
