1966年3月5日，D-21无人机第一次成功于M-21脱离，实现自主飞行。第二次飞行测试在1966年4月27进行，D-21在脱离之后一度爬升到了27400米，接近设计数据，跟重要的是其飞行速度突破了3.3马赫，尽管在飞行了2200千米之后，由于部分系统故障导致D-21最终坠毁，但是这次飞行测试还是非常成功.美国空军再次转变态度，对D-21项目兴趣大增，所以在4月底，美国空军就同洛克希德签订合同又订购了15架D-21
然而，一个月之后，于7月31日进行的D-21的第四次飞行测试却是一场大灾难。在这次飞行测试中，D-21从载机机背脱离后直接撞向了载机垂尾，导致两者全毁。在这次事故中，载机的两名飞行员虽然成功弹射脱离，但是最后落在了海面上，飞行员比尔·帕克被海军直升机救起，而后座的发射控制员雷·特里克由于救生服泄气而沉入海中。这次事件之后，凯利·约翰逊迅速叫停了从M-21机背发射D-21的飞行试验，但是他认为这对整个计划的影响不大。
