Первый из трех предсерийных самолетов В-52А, предназначенных для эксплуатационных испытаний, совершил первый полет 5 августа 1954 г., поступление самолетов на вооружение началось передачей 29 июня 1955 г. первого самолета В-52В в учебно-тренировочное подразделение стратегического авиационного командования ВВС США, а в июне 1956 г. – первого самолета В-52С в боевое подразделение.
Бомбардировщики различнвых модификаций серийно выпускались до 1963 г., неоднократно модернизировались. Во второй половине 1950-х годов В-52 заменил устаревшие самолеты Конвэр В-36 и до настоящего времени является основным бомбардировщиком Стратегического авиационного командования ВВС США.
Всего в 1952-1963 гг. было построено 744 самолета 'Стратофортресс' различных модификаций, включая 193 В- 52G и 102 В-52Н – первых действительно межконтинентальных модификаций, специально создававшихся как носители ракетного оружия – УР Норт Америкен AGM-28 'Хаунд Дог'. В начале 1960-х годов самолеты В-52Н предполагалось оснастить аэробаллистическими ракетами GAM-87 'Скайболт', однако эта программа в 1961 г. была прекращена.
В 1972 г. началось оснащение самолетов B-52G и В-52Н аэробаллистическими ракетами Боинг SRAM, оснащенными ядерной БЧ W-69 (100 Кт) и способными поражать стационарные цели с заранее известными координатами на дальности до 160 км. Каждый самолет брал на борт восемь АБР, подвешиваемых на многопозиционных барабанных АКУ, размещенных в грузоотсе- ке. Кроме того, 12 АБР могли подвешиваться на подкрыльевых узлах. Ракеты предназначались для 'расчистки' системы ПВО противника и обеспечения проникновения бомбардировщиков в район цели.
Несколько самолетов были переоборудованы в варианты GB-52G, GB-52D и GB-52F для использования при наземной подготовке экипажей. Один из бомбардировщиков был переоборудован в вариант NB-52, использовавшийся в качестве носителя экспериментального гиперзвукового самолета Норт Америкен Х-15 (первое отделение от носителя осуществлено 8 июня 1959 г.).
Модифицированные самолеты В-52 применялись также как носители аппаратов с несущим корпусом HL-10/ M2F3/X-24 (предшественников ВКС 'Спейс Шаттл') и (с середины 1960-х годов по 1973 г.) беспилотного разведчика Локхид D-21, для обеспечения воздушного старта крылатой ракеты- носителя 'Пегас' (первый пуск состоялся 5 апреля 1990 г.), в качестве летающих лабораторий при проведении различных исследований (например, для испытаний двигателей самолетов Боинг 747 и Локхид С-5).
Первая водородная бомба была сброшена с В-52 21 мая 1956 г. В последующие годы ряд рекордных полетов продемонстрировал высокие характеристики самолета: в ноябре 1956 г. были выполнены беспосадочные полеты вокруг североамериканского континента и через северный полюс дальностью 27000 км; 18 января 1957 г. три бомбардировщика В-52 совершили кругосветный полет, пролетев 39750 км за 45 ч 19 мин при средней скорости около 850 км/ч; 11 января 1962 г. самолет установил рекорд дальности без дозаправки топливом в полете, преодолев 20168 км за 22 ч 9 мин.
Часть самолетов В-52 на протяжении многих лет несла постоянное боевое дежурство на аэродромах в состоянии готовности к взлету с ядерным оружием на борту. В 1960-х годах в течение нескольких лет с использованием около 10 самолетов В-52 было организовано круглосуточное дежурство в воздухе. К осени 1963 г. для уменьшения вероятности поражения самолетов В-52 на земле был завершен переход на рассредоточенное базирование 42 сформированных эскадрилий (по 15 самолетов в каждой) не менее чем на 36 аэродромах. К 1988 г. число авиабаз с бомбардировщиками В-52 уменьшилось до 12. К этому времени все самолеты налетали 6,6 млн.ч, в летных происшествиях был потерян 71 самолет. К началу 1990-х годов на постоянном боевом дежурстве находилось 40 стратегических бомбардировщиков В-52 и В-1. В сентябре 1991 г. в связи с изменением геополитической обстановки в результате распада СССР президент США Дж. Буш объявил об их снятии с дежурства в состоянии готовности к ядерному удару.
В-52 создавался как высотный бомбардировщик для атак с использованием свободнопадающих ядерных бомб. В силу большой мощности ядерных зарядов высокая точность бомбометания не имела решающего значения, но В- 52, как и советские стратегические бомбардировщики того же периода (ЗМ, Ту- 95), был оснащен оптическим прицелом, что позволяло повысить точность бомбометания и, следовательно, с одной, стороны гарантировать более высокую вероятность поражения назначенных целей, а с другой – уменьшить непреднамеренный ущерб, наносимый гражданским объектам и населению. Тем не менее в 1960 -х годах в ходе войны в Юго-Восточной Азии, где стратегический В-52 использовался в оперативно- тактических целях как носитель неядерных бомб. США, прибегнув к тактике 'выжженной земли', применяли его в основном для коврового бомбометания, что вызвало резкую негативную оценку мирового сообщества. На последних вариантах самолета (В- 52G и Н) оптические прицелы, по-видимому, вообще сняты, а сброс бомб осуществляется по данным навигационной системы и с помощью радиолокационного прицела. В результате и во время войны 1991 г. в зоне Персидского залива действия В-52 были ограничены ковровым бомбометанием по площадям.
