В ходе испытаний X-51A был подвешен к бомбардировщику-ракетоносцу B-52 Stratofortress.
Бомбардировщик с X-51A взлетел с военной базы Эдвардс в Калифорнии и поднялся на высоту в 50 тысяч футов (15,24 километра) и провел в воздухе 1,4 часа. В ходе испытания проводилось исследование влияния подвешенной ракеты на управляемость самолетом, а также взаимодействия электронных систем X-51A и B-52.
Как ожидается, следующий полет B-52 с X-51A на борту будет осуществлен в середине января 2010 года. За ним последует первый самостоятельный полет гиперзвукового аппарата, который продлится пять минут и завершится падением X-51A в Тихий океан.
В ходе самостоятельного полета X-51A ВВС США намерены собрать информацию о тепловом воздействии на конструкцию летательного аппарата, о поведении планера на гиперзвуковых скоростях, а также о работе двигателя и оборудования. В дальнейшем эта информация послужит для создания гиперзвуковых боевых ракет, способных поражать точечные цели с максимальной скоростью.
Согласно проекту, X-51A сможет развивать максимальную скорость в семь мах (свыше восьми тысяч километров в час). В ходе первого самостоятельного полета аппарат разовьет скорость в 4,5 маха.