经华盛顿批准之后，凯利·约翰逊立即着手这个项目。在1954年12月1日，比塞尔给约翰逊打电话确定他可以开始行动之前，这位飞机设计师已经开始组织工程队了。11月26日周五，感恩节后第一天，他就把洛克希德公司五位高级工程师包括爱德华·鲍尔温和埃尔默·伽特，召集到办公室，向他们透漏了这次秘密项目。
已在洛克希德工作四年的热动力学家本·里奇生动地回忆起12月的那一天，他被出乎意料地叫到82号楼——“臭鼬工厂”所在的老旧的轰炸机制造库见约翰逊。里奇的专长是处理高速飞行引起的发热问题，以及改进喷气式发动机进水口和排气管的设计。约翰逊的一个助手告诉里奇，他将要搬到约翰逊的工作区，协助改造一个发动机，以配合一种前所未有的远程高空飞行的新式飞机。
里奇看见约翰逊只穿着衬衫坐在一张大木制桌子后面。“这个项目必须高度保密，”约翰逊对他说，“你的履历里将有一年半的空白，且永远保持空白。”然后，约翰逊又描述道：“我们要制造一架非常特别的飞机，飞行高度至少要比苏联战斗机和导弹高15 000英尺，以保证能飞遍苏联且不被侦察到，它还得给艾森豪威尔总统带回美丽的照片。”
约翰逊要求里奇解决发动机入水口问题，并开始考虑舱内加热制冷及水力和燃料的控制问题。里奇被安排到已有六位工程师的二楼办公室。他们的窗户和飞机库一样都被封死，灯火也受到管制，以确保安全保密。几乎每个人都吸烟，所以办公室的空气永远都是烟雾缭绕的。里奇强烈希望待在这里不超过六个月。然而他却一直在“臭鼬工厂”待了36年。1975年，约翰逊退休后，由他接管该处工作。
里奇只是迅速扩大的团队中的一分子。圣诞节前，约翰逊就已经聚集了25名工程师。不久，他们就开始一周65个小时的工作，遵守严格指示，对任何人包括家人都守口如瓶。约翰逊在日志中写道：“跟参与计划的每个人谈话，让他们牢记高度保密的必要性。但此时，要把这些工程师从其他项目中抽调出来，并不那么容易，尤其是我还不能告诉他们确切的原因。”
关于项目，事无巨细都要求保密。飞机零件被运载到圣凡南多山谷——与洛克希德公司无明显联系的另一个基地。“臭鼬工厂”员工出差时，要奉命使用化名。如果供应商们提出与这些特殊命令有关的问题，他们很快就会受到中情局秘密官员的造访。当考尔曼仪表公司对高度计的刻度标到8万英尺的指令表示疑惑时，就受到了这样的拜访。正常最大高度是45 000英尺。受中情局吩咐，考尔曼主管们对外回答与高度计相关问题时，都说那是为一架试验性的火箭飞机特制的。
他们还摒弃了传统保密手段，这个项目的工程图和其他文件都没有标上“保密”二字，因此，即使被外人看到也不会引起注意。
当他们努力把约翰逊的设计转变成一架实实在在的飞机，然后让它通过各种飞行试验时，“臭鼬工厂”的工作人员和诸多签约公司面临着里程碑式的挑战。由于该机设定的操作高度太高，几乎所有的零件都必须经过特别加固，才能在接近外太空边缘的稀薄空气中运作。负责制造J-57引擎的普拉特&惠特尼公司，为适应高空操作，改造了多种零件，包括交流发电机、冷油器和液压泵。即使这样，当年晚些时候，在对第一架可操作飞机作一系列飞行试验时，在太空流层中，第一批引擎的性能还是极不可靠。飞行员们从57 000英尺高空最后一次上升时，引擎总是“砰”的一声巨响，然后熄火了，就像汽车发动机停转了一样。飞行员们把这个未知的上升区叫做“带状地”或“烟囱”，当飞机失去动力时，飞行员们被迫滑落到35 000英尺高空左右重新发动。试飞中的这种情况常令人灰心丧气，如果是发生在苏联领空，那么，在飞机下降时肯定无法躲过攻击。1956年，在进入苏联首航之前，普拉特&惠特尼最终用一种功率更大、更可靠的发动机取代了它们。
燃料是另一大障碍。在7万英尺高空，正常的喷气燃料会因气压过低而脱浆或蒸发。约翰逊必须让人设计并生产出一种新燃料。他向退休的詹姆斯·杜里特将军寻求帮助，他于1955年任壳牌石油公司的副总裁，且是基利安委员会的成员。壳牌公司生产出一种名为“LF-1A”的低挥发性、低气压的煤油燃料。在海平面上它的沸点是300度，性能极稳定，火柴都无法点燃，此燃料是由好几种石油副产品合成的，其中几种都是一种名为“Flit”的极便宜的杀虫剂产品的成分，因而，公司不得不削减杀虫剂的生产。1955年，全国的消费者都在疑惑为什么货架上的“Flit”总是缺货时，他们根本想像不到，原来竟是被秘密侦察机项目占用了。
飞机上的供油系统又是另外一个难题。由于此飞行高度的低气压，燃油很可能从J-57发动机上密封的接口处渗漏出来，腐蚀机舱的空调和除雾装置。长时间飞行的话，将会漏掉整整64夸脱的储油，即便不致造成这么严重的后果，慢慢渗漏进除雾系统的燃油也会给坐舱罩覆上一层油膜。在1956年引进新发动机解决此问题之前，约翰逊就让飞行员们披上一块尿布，再带上一根长棍，用来清除挡风玻璃上的尘雾。另一种临时但也无效的补救措施是给除雾器接上一个临时过滤器，那个过滤器是一个小金属盒，装满卫生棉。
约翰逊的设计要求机身很大——机舱、机翼和机尾部分，以保证远程高空飞行。每增重一磅，就得降低一英尺。飞机的各个角落都尽可能用铝一类的轻型材料。约翰逊的工作人员开始组装这架飞机时，都惊诧于机身的脆弱。工人们开玩笑说这架飞机是“铝箔纸”做的。
超长机翼的重量保持在每平方英尺4磅，这是非常非常低的数字。该机飞行员之一的鲍勃·艾里克森不能相信机翼看上去那么像薄纸。他回忆说：“你提起机翼它就卷了，而且像要冒烟似的，你知道，这玩意儿是用手纸做的。”
那些给飞机增加升力，并运载超远程飞行燃料的狭长机翼是这架飞机最显著的特征，也是最引起争议的部分。翼展约有70英尺，装在一架44英尺长的飞机上显得尤其庞大。当爱德华·鲍尔温依约翰逊之令，把机翼设计画在制图板上时，他不相信上司需要这么个又长又薄的东西。
“你确定要这样的机翼吗？”鲍尔温问约翰逊。
“正是。”约翰逊答。
然后，鲍尔温告诉他，制图板不足以摊开全部长度的草稿纸。
“就把一些纸接到上面来演示吧，”约翰逊说，“不过，你还是得重画，因为制图机处理不了超过42英寸宽的东西。”
机翼太长，以至于两端都垂到跑道上，滑行或起飞时都必须由有轮的支柱从中间撑起，飞机升空后这些支柱再自行脱落。在洛克希德公司，这些装置都被叫做“弹簧单高跷”。若飞行员未能按下卸载开关，或附加的自动控制功能失灵了，飞机就不能安全飞行。在一次飞行实验中，飞行员绕着跑道往回飞准备卸掉悬挂的单高跷时，飞机熄火了，该飞行员在飞机坠落时丧生。
机翼处还装了一组油箱，总容量是1 350加仑特制的壳牌混合油。人人都清楚，空气湍流，尤其是在低海拔处气压更强时，就会引起机翼的自然摇摆，油箱有可能从飞机上掉下来。为减少这种危险，约翰逊安装了水平平衡器和辅助翼，那是控制飞机翻滚和倾斜的翼瓣，这样，飞机飞行时，它的前端会微微上扬，以减少狂风引起的压力的影响。
当时，约翰逊向空军妥协，放弃了让飞机腹部着陆以取代传统起落装置的想法。不过他仍然想要采用尽可能轻的起落系统。他的解决方法是在飞机前部安两个轻便的轮子，在机尾下面安两个小滑轮。这些装置一前一后和“单高跷”一起，共同保持起飞时机身的平衡。但后来人们发现飞机下降、减速着陆时，却容易歪向一边。为解决这个问题，他在翼尖加了小的降落橇，飞机要停时，有一个机翼将保持倾斜，直到降落橇接触到停机坪。这样虽不雅观，但却很管用。
约翰逊及同事面临的最让人望而生畏的挑战是为飞行员创造维持生命的环境。这问题说来简单却难以做到：在65 000英尺高空，人类必死无疑。那里没有足够的氧气维持生命，气温是零下70摄氏度。而且，因无足够气压，人体内的液体包括血液都会汽化。必须为飞行员提供生存环境，这不只是要保证能驾驶飞机远程飞越苏联领土，还要保证万一飞机失灵或遭到苏军的空防攻击，他们要能应付突然减压，在高空紧急跳伞逃命。约翰逊需要一个可靠的增压舱和氧气呼吸系统，以在超远程飞行中维持生命，并且还需要特制的增压服使飞行员经得住突如其来的减压。
这也就是说，必须解决这样一个根本问题：如何保持人体内与外界压强的平衡。如果这种平衡彻底改变了，其后果将是致命的。当外部压强大大超过内部时——这是水底深处的典型情况，无任何保护的身体将会被压碎。在高空，当外界气压减弱，飞行员被迫吸入大量罐装氧气时，相反的危险就出现了，在极限条件下（像CL-282经常遭遇的那些），未经防护的身体将会膨胀甚至爆炸。
当然，在海平面上，正常情况下，压强都是平衡的，无人会去想这个问题。在现代，即使飞机在35 000英尺到4万英尺的高度飞行，商业喷气飞机舱内压强依然可以保持8 000英尺的舒适度。氧气被混合在舱内空气中，乘客与机组成员体内并无明显的压强变化。但在更高空驾驶高性能飞机时，压强并不容易解决。在喷气式飞机仍是新鲜事物的50年代早期，尤其难以克服CL-282在极高空飞行时人体所能承受的压力问题。
在那时，为CL-282设计一个在65 000英尺飞行时，机舱内能保持丹弗式条件的增压舱虽说不是不可能，但也是极难办到的。约翰逊搞定了能在28 000英尺（几乎是珠穆朗玛峰的高度）模拟此环境的机舱。在此高度，飞行员需要有持续的纯氧气以供呼吸，这可通过头上的圆形头盔实现，为保证飞行员能吸入足够的氧气，头盔内的气压必须稍高于海平面正常气压。只要舱内气压能保持在海拔28 000英尺高度时的强度，头盔内增加的压强就不会造成危险，因为在那样的条件下，飞行员身体不会膨胀。但约翰逊也很清楚，如果飞机飞到5万英尺时，舱内气压不足，内外压强将失去平衡，舱内气压将下降，流入飞行员头盔中的氧气会自动急剧增加，迫使飞行员吸入更大量的氧气以保持头脑清醒，在此关键时刻，飞行员的身体将危险地膨胀，除非他能被一种特殊的衣服——增压服紧紧箍住。
如果飞机座舱突然断裂， 机舱气压很可能会在一瞬间下降。这种潜在的致命事件被称为爆炸性减压。增压服被激活的时候，基本上可代替增压舱，能立即将飞行员身体周围的气压保持在安全状态，将他罩在保护壳里，同时，又能给他足够的灵活性，继续驾驶飞机。今天，最好的全压服是宇航员在航天飞机或太空站外活动时穿的太空服。军人飞行员穿的一般体积稍小些。1955年，约翰逊能期望的最好的也不过是局部增压服了，很笨重，只是简单机械地紧紧绑在飞行员四肢和躯干上，紧急时候防止他的身体膨胀，看上去就像是缩水了的跳伞服。
为了对付这些不寻常的问题，洛克希德公司和中情局请求许多作出过惊世骇俗之举的（有时简直是冒着生命危险）飞行勇士们配合设计能在高空维持生命的设备。其中好几处设计在50年代末正式开始的载人航天项目中还继续发挥了重要作用。为中情局第一代侦察飞行员所作的部分设计，后来经过改造，又用于设计艾伦·谢帕德、约翰·格伦、沃利·施拉和其他水星宇航员所穿的太空服。
人们已广泛认识到高空飞行对身体的要求，但当CL-282样机开始在伯班克的82号楼成型的时候，仍没有人充分认识到这一点。从18世纪开始，人类第一次冒险乘气球升上天空时，就已经明白了攀到大气层上空有多危险。前几代飞机都缺少增压舱。一战中，飞机被改造为军用时，飞行员们通常是在16 000到18 000英尺高度，在敞开的坐舱里驾驶飞机。由于缺氧而失去方向感是正常现象，由于寒冷而冻僵也是家常便饭。战争末期，才设计出第一套供氧系统及加热飞行服。接下来的20年里，飞行员们希望飞得越来越高，这些相关设备也得到了进一步发展。
1937年，第一个广泛应用的增压舱被引进到改装的洛克希德公司10号模型“伊莱查”上。有了它，机组成员和乘客就可以穿着普通衣物，无须借助氧气装置在3万英尺高度飞行。例如，哈尔·奥斯汀和其他战略空军司令部的飞行员们就曾经坐在代表最高水平的轰炸机和侦察机的增压舱里，在4万英尺的高空进行例行飞行。
但凯利·约翰逊想把此技术提升到全新的高度。他需要的不止是在65 000英尺持续8～10个小时维持飞行员的生命，他还想找到一种办法，以保证在此高度的飞行员们在不得不紧急跳伞时，也能够生还。航空医学专家威廉姆·伦道夫·拉夫瑞斯和研究高空救援的医师唐纳德·D.弗里金基上校，建议中情局委派麻省伍斯特市的大卫·克拉克公司研制新式增压服。
1955年的大卫·克拉克公司看上去还不像是绝密技术工程的供应商。这家成立于30年代的公司主要生产腰带和胸罩。伍斯特市中心公园大道360号，那个红色的木结构工厂里，工作人员大多是女裁缝。但战时，当公司生产的女用内衣的关键成分橡胶被宣布为战略材料，仅限于军用时，它就渐渐转向军需品的生产了。没有了橡胶，公司转而制造帐篷和降落伞。公司创始人大卫·克拉克也开始设计和制造重力服，或叫重力衣，帮助飞行员限制急剧加速所产生的身体扩张力。到40年代末，公司已开始为国家高级军事试飞员制造部分增压服了。
1947年，查克·耶格尔冲破音障后不久，约瑟夫·A.鲁塞克斯加入公司，协助开发更先进的增压服。1955年，中情局和克拉克公司签约，委派他为CL-282飞行员制造新式增压服时，他成了该任务中的尖兵。虽然，那时候没人告诉他这些服装是为中情局做的。确实，鲁塞克斯不知道这些量身定做的部分增压服会被谁穿在身上，也不知道他们将要驾驶的是哪种飞机，执行哪种任务。只有在赖特－帕特森空军基地亲眼目睹了一系列压力舱实验之后，鲁塞克斯才意识到，他的增压服可能会被指定用于苏联的侦察飞行。他之所以意识到这一点，是因为该实验的时间之长——飞行员必须待在舱里长达四个多小时，舱内条件与在65 000英尺发生爆炸性减压后相似。这暗示着鲁塞克斯，这些被测验的飞行员和增压服都是模拟在敌领空，在随时可能被击毁的飞机里执行长时间飞行任务。
S-2号模型服的关键是缝进衣服的一组绞盘，或叫充气管。当外界气压突然下降时，绞盘就会膨胀，更紧密地包裹住飞行员。鲁塞克斯在克拉克的第一年，海军是主要顾客，他的主要任务是为试飞员制造服装。1955年，当弗里金基上校访问伍斯特，并代表中情局定购时，克拉克公司的新主顾出现了。公司主管只告诉鲁塞克斯，他将会看到好几个洛克希德公司的试飞员，他们需要最好最合身的增压服，而没有听到与新式侦察机有关的只语片言。
当鲁塞克斯越来越清楚飞行员们将应对的极限条件时，在一个同事的建议下，他给增压服胸部加上了一个可扩大的气囊。如果舱内气压减少，头盔内气压增强，气囊会在飞行员呼气时膨胀起来，以帮助呼吸。该气囊会一直膨胀，直到盖住整个身体。
即使有了改良的S-4增压服，飞行员们仍然面临着危险，气压锐减仍将危及生命，这是由于血液内氮气泡的排列造成的。为避免这种危险，如果舱内气压下降或飞行员不得不紧急跳伞，他们要在起飞前呼吸90分钟氧气，这叫做“前呼吸”。在执行冷战时期最危险的空中侦察任务之前，飞行员得戴上氧气面罩，坐在舒服的摇椅里或是闲逛着，呼吸90分钟纯氧气。
当CL-282的各个部分终于组装成一体时，比塞尔和约翰逊开始致力于解决试验基地的问题。保密性要求无论是在陆地还是空中，都要远离公众视野，保证不被擅自闯入。同时，离洛克希德公司位于伯班克的综合建筑的距离也不能太远。洛杉矶以北约90英里，莫哈维沙漠西部边缘地带的爱德华空军基地，在航空史上已记下了辉煌的一笔。那是在1947年，耶格尔以此为基地，驾驶着一架“贝尔”X-1飞机，冲破了音障。但爱德华空军基地被认为离居民点太近。出于同样的考虑，离爱德华空军基地不远，加州帕尔姆代尔洛克希德公司装配厂的飞机跑道也被排除了。
约翰逊指派洛克希德公司的高级试飞员托尼·利瓦伊尔和“臭鼬工厂”的后勤学专家道尔西·凯莫若寻找合适的地点。他们驾着一架比奇产的单引擎飞机“波纳扎”，考察了加州和内华达州的内陆沙漠里所有可能的基地。1955年4月12日，比塞尔和空军高级军官里特兰德将军加入利瓦伊尔和约翰逊一行，一起到拉斯维加斯北部，在离政府核试验区不远一个干涸的湖床进行视察飞行。里特兰德非常熟悉这个地方：他早年在B-29试飞中队服役时，常在这个地区投掷核武器。里特兰德回想起，在格卢姆湖附近有一个废弃的二战时的机场。坚硬的湖床看上去宽阔而结实，足以建造CL-282所要求的长长的起落跑道。
比塞尔在回忆录中描述道：“从空中看，格卢姆湖附近的区域方圆大约为4英里，平坦得像桌球台。在约翰逊看来，应该适合建造U-2要求的长长的起落跑道了。下降一点看得更仔细些，我们发现一条临时跑道的遗迹，它和二战期间训练飞行员紧急降落的遍布美国的任何一处跑道别无两样。下到地面后，我们走上跑道，看是否可以使用。越往里走，覆盖着山艾树的泥土就越来越松软——若是在这里着陆，很有可能机毁人亡。于是，在旧跑道和湖床之间，利瓦伊尔选择了湖床。”
这片荒凉、空旷的基地距伯班克有两小时的飞行里程。它隐藏在光秃秃的大山和西南高地辽阔的空地之中，似乎是理想之所了。约翰逊开玩笑地建议把此蛮荒之地叫做“天堂农场”。此地还得到其他好几个名字，包括“第51区”和“水城跑道”，后者是谐纽约水城的名字，那是艾伦·杜勒斯的出生地。但大多数与新式侦察机相关的人员都跟着约翰逊简称其为“农场”。比塞尔返回华盛顿后，获得了艾森豪威尔总统的批准，在原子能委员会的核试验基地（内华达州境内一片秘密狭长地带）附近，增设起落跑道和配套设施。整个核试验基地的领空都被划为禁区，这就避免了民用甚至军用飞机发现中情局的秘密空军基地。
由于核试验基地的神秘气息，加上时不时能在周围高空看到的不明飞行物，这块政府保留地成了被纷纷猜测的话题。此后数年，被机场和周边核试验基地环绕的第51号区，因与外星人宇宙飞船有关的报道而名声大噪。大多数观测到UFO的说法都是受了洛克希德公司的新型飞机，及政府在冷战时期秘密研制的其他高端飞机试飞情况的误导。这样的景观多在日落时分，低空已经被夜幕笼罩，但太阳光依然能照亮在平流层飞行的飞机，于是，人们就可以发现一个疾驶过天际的不明飞行物。在那个时期，由于无人知晓美国正在制造能飞到如此之高的飞机，很多商业航空公司的飞行员对他们飞越西南时看到的景象迷惑不解，发出无数警报。
比塞尔和约翰逊在视察后不久，中情局审查过的一家建筑公司开始修筑一条通往基地的道路和一个小型空军基地，包括一条新跑道，一个控制塔，三个飞机库和一个食堂，还钻了一些供水井。夏季，湖床里的气温常常飙升到120华氏度。一个签约商在实地考察了约翰逊为隐瞒该项目而捏造的公司后，简直不敢来此地工作。“我们通过邓百氏咨询公司找到这里，它们竟然连信用评价都没有。”到7月时，不过花了80万美元的基地已经交付使用。它的偏远位置给洛克希德公司的工作人员招来了几位不同寻常的邻居，包括在一间办公室下筑巢而居的山猫和一条出现在飞机轮舱里的响尾蛇。
约翰逊为兑现在夏季造出第一架飞机的承诺而紧赶工期。到3月中旬，一架样机的风管试验已经完成，这架飞机在空气动力方面是合理可靠的，足以应对可能出现的飞行条件的变化。为了保密，机身的主要部分都是夜间在洛克希德主制造厂制造的，公司的普通员工早晨上班前再转移到“臭鼬工厂”进行组装。5月底，第一个机身终于拆去了组装中用以固定各种零件的夹具。约翰逊在5月21日的日志中记下了这一标志性事件：“第一个机舱下了夹具。机翼最费劲，几乎动用了所有的人。”
正在约翰逊匆忙完成第一架样机时，又一架美国侦察机被苏军战斗机击落。6月22日，这架侦察机在白令海峡8 000英尺的上空被击落，三名机组成员受伤，飞机最终坠毁在阿拉斯加。莫斯科对此次攻击表示了遗憾，并提出赔偿一半的损失。当然，苏联提出赔偿很可能是因为7月底将要在日内瓦召开的四国裁军会议的影响，那将是冷战以来，苏美两国领导人之间的第一次高峰会议。
7月中旬，第一架CL-282正等待交货。在“臭鼬工厂”，它被亲切地称做“凯利的天使”，但官方标识为“351”。“飞机基本完成”，约翰逊7月15日写道，“拖得非常之久，每个人都快被折磨死了。”六天后，一切就绪，飞机已等着运往格卢姆湖了。约翰逊没有食言，在准备工作就绪后的八个月内，终于造出了一架可驾驶的飞机。
这架飞机现在需要一个官方命名，也就是说，按军事惯例它需要一个空军命名，因为它并非轰炸机、战斗机，或运输机，那些名称对它来说都不适合。为了保密，它也不能叫侦察机。经过一番讨论，空军决定将其归为实用机型，飞机命名手册上已经列了两架实用机，分别为U-1和U-3，因此，凯利·约翰逊的新式侦察机就被叫做U-2了。
正当艾森豪威尔总统准备向苏联提出开放领空的建议时（这可能会淡化笼罩着U-2侦察机的极端保密的色彩，在克里姆林宫的默许下将此机送入苏联境内），第一架飞机完工了。7月21日，在日内瓦举行的苏、英、法、美四国领导人会议上，艾森豪威尔出其不意地提出了“开放领空”建议，呼吁华盛顿和莫斯科允许两国在对方军事设施上空进行空中侦察飞行。艾森豪威尔的想法与U-2侦察机直接相连，尽管在与俄领导人的谈话中他从未提及这架飞机。“我给苏联一次机会，”当这个项目尚在草拟阶段时，总统就曾告诉助手，“倘若他们拒绝，我们就派U-2。”
对于艾森豪威尔总统提出这样一个看似理想主义却工于心计的建议的动机，历史学家们至今仍有争议。这是一个具有远见卓识的重大提议，如果能达成一致，那么，轻轻一笔就可以缓解两国的紧张对峙，减少突袭的危险，并提供一种落实协议的方法。为期六天的日内瓦会议在豪华的联合国大厦举行，各国领导人公开讨论了裁军问题。艾森豪威尔的提议完全符合他想要与莫斯科搞好关系、减少潜在战争和军事估计错误而导致的危险的愿望。当他向尼古拉·A.布尔加宁总理和尼基塔·赫鲁晓夫主席率领的苏联代表团讲话时，句句似乎都是发自肺腑。“我发自内心的希望在此能说服大家相信美国在裁军问题上的极大诚意。”当艾森豪威尔总统结束讲话时，响起了雷鸣般的掌声。这时，会议室突然间停电了。
很难假设是苏联领导人接受提议比较好，还是拒绝提议比较好。尽管，在来电后，轮到布尔加宁发言时，他作出了肯定答复，但美国的提议很快被当时的苏联最高领导人赫鲁晓夫否决了。当天正式会议休会期间，二人谈起该提议时，赫鲁晓夫明确地向艾森豪威尔表现了他的不屑（美国专家们尚未弄清他在莫斯科的至高地位），他告诉艾森豪威尔说，他不赞同布尔加宁的意见，并且认为飞越领空的提议是赤裸裸的间谍阴谋。后来，他对儿子谢尔盖说，他相信华盛顿将利用这些飞行完善它的目标确定计划，以便对苏联进行核攻击。
尽管苏联如此反应，艾森豪威尔仍认为会议取得了“一定的成功”，正如他在回忆录里写的：“起码留下了这样一种印象：现在所有人都能看清前苏联外交策略和对抗自由世界的本质了。美国给人们提供了一幅充满希望的闪闪发光的画图，虽然被苏联人玷污得一塌糊涂，但至少画图的轮廓还是清晰的。”
虽然外界不得而知，但事实上，在苏联对“开放领空”提议的拒绝不足一年后，U-2侦察机就已经开始了在苏联的飞行。
7月24日，艾森豪威尔总统回到华盛顿那一天，凯利·约翰逊把第一架U-2侦察机装上运输机，送往格卢姆湖。运送这架飞机去进行首次试飞并非易事，因为必须掩人耳目。而且它的航空价值尚未在飞行中得到证实，所以不能从洛克希德公司的跑道上飞出去。因此，这架飞机又被拆卸开，主体部分用防水布盖着，装上两辆长车，然后，两辆车又在夜半时分被装上一架C-124运输机飞往内华达。新基地刚上任的司令官莱格霍恩告诉约翰逊说，满载的C-124太重，新铺设的薄薄的停机坪承载不了。约翰逊乘一架稍小的飞机提前到达格卢姆湖，视察过停机坪后，宣布说如果飞机轮胎降低气压，那样一来，飞机着陆时，接触的跑道面积会增大，压强会减小，降落就没问题了。结果照此方法，C-124平安降落了。第一架U-2侦察机就在那里被重新组装，准备开始其处女航。
进行首航试验时，约翰逊挑选了托尼·利瓦伊尔做试飞员。勇敢无畏的利瓦伊尔1913年生于明尼苏达州德卢斯市，是一个挪威移民建筑师的儿子。15岁那年，他第一次爬进机舱，长大后成了洛克希德公司的顶级试飞员。十多架新式飞机的首次试飞都是由他完成的，包括F-94“星火”拦截机和XF-104星球大战机，那架超音速战斗机有着奇短的机翼和尖尖的常被描述为“里面藏着人的导弹”的前端。到1974年退休时，利瓦伊尔已经试飞过240多种飞机，是飞行界的传奇人物。
约翰逊第一次向利瓦伊尔展示U-2侦察机的设计图时，看到它长长的机翼，他觉得很有趣。“以前，你让我试飞讨厌的F-104，它的翅膀是有史以来最短的，而现在你又让我试飞这个该死的大滑翔机，它有迄今我见过的最长的翅膀。”他对约翰逊如是说。
7月29日，利瓦伊尔全副武装，把自己塞进狭小的座舱，沿着跑道作了一系列演练。设计这些滑行演练是想让他明白飞机是如何加速的，并让他找到在飞行中的感觉。按照试验设定的低速，U-2侦察机是无法起飞的。但在第二轮时，利瓦伊尔提速至每小时70海里（约翰逊规定的最高速度）时，这架飞机产生超强升力，遂凌空而起，发动机基本上无须运转就可保持继续飞行。
因为跑道上没有标志，湖床本身又很平坦辽阔，利瓦伊尔一开始根本没意识到自己已在空中。“湖床非常平坦，轮子离开地面时我一点感觉都没有。”当他发现时，飞机已经离地35英尺了，他赶紧推下节流阀提速，惟恐在较低的试飞速度下会失速坠落。飞机开始摇晃，这是振动的前兆，而振动则标志着即将失速。利瓦伊尔费尽气力终于使飞机落回了地面，但飞机又被弹回空中，然后在湖床上滑行了近一英里才停下来，这次着陆报废了两个主轮胎。
U-2侦察机首席试飞工程师厄尼·L.乔伊纳和约翰逊驾车沿跑道尾追而去，目睹了它颠簸的航行。“扬起一片尘沙，飞机就消失了，”他说，“我们只看到那些长长的灵活的机翼摇晃着。我们发疯一般地追着它时，我觉得凯利就快要心脏病发作了。”
相对飞机而言实在太小的制动装置在飞机停稳后，突然冒出了火焰。约翰逊和乔伊纳高叫着扑向冒烟的U-2侦察机，很快就用灭火器把火扑灭了。
这一幕简直是绝无仅有、令人瞩目的：一个当今最伟大的飞机设计师，一个全国最优秀的试飞员，站在空荡荡、古老的湖床上，呆望着一架残破的、很可能堪称当时世界上最重要、最保密的军用飞机。
“该死的，利瓦伊尔，到底怎么了？”约翰逊大叫。
“凯利，我甚至闹不清这狗娘养的什么时候飞起来的。”利瓦伊尔答道。
当天晚些时候，约翰逊在日志里简单地提到：“首次试飞未造成危害。飞机经受住了了不起的考验。弹簧单高跷效果极佳。”
按计划，第一次飞行定在8月4日。尽管下午3点左右，天空已开始有雷云堆积，快到4点时，利瓦伊尔还是把飞机开到了跑道上。过了一会，经过一阵短暂的起飞振动后，U-2侦察机升上了天空，几乎毫不费力地就攀上了8 000英尺高度。“它飞起来就像婴儿车，”利瓦伊尔通过无线电对洛克希德公司的另一位飞行员鲍勃·梅特耶说。而鲍勃·梅特耶正驾驶着一架T-33跟在U-2后面，那是一架已飞了六年的双座喷气式训练机，这架飞机第一次试飞也是由托尼·利瓦伊尔操作的。约翰逊则乘一架双螺旋推进器军用运输机紧跟着这两架飞机。
由于天气恶劣，这次飞行被缩短为45分钟。利瓦伊尔和约翰逊已为如何让飞机最好地降落而争论了好几天。约翰逊想通过机身前部的主起落装置让机头先落地，机尾朝上。利瓦伊尔则认为，让前端和后部同时着陆更好，机尾朝下。利瓦伊尔咨询了熟悉B-47轰炸机的飞行员，它与U-2侦察机有着类似自行车式的起落装置。他们建议不要让前端的轮子先着地。但约翰逊这个出名的顽固派，固执地坚持他的意见。
“我降下来，试图按凯利说的那样把它落到机头轮子上，我从未这么谨慎过。”飞机接触到地面的瞬间里，飞机开始反弹。“啊，它会摔成碎片的。因此我赶紧加快速度，调整过来，试图重来一次。”
几乎所有的人都聚集在跑道旁观看此次试飞和降落。当利瓦伊尔按照约翰逊的着陆要求，又试了四次时，他们的担忧越来越多。每次利瓦伊尔降落时，约翰逊都通过无线电向他下一大通指示。每次飞机一接触到跑道，就会跳起来，弹回空中。
到这时，约翰逊越来越狂乱无措了。天开始下雨，他不愿意再多浪费任何时间去试验降落步骤。为避免争论，他命令利瓦伊尔缩回起落装置，以机身着陆，这是他对此飞机最初设计理念的回归。
利瓦伊尔拒绝了。“凯利开始有点紧张了，他说‘机身着陆，机身着陆，’”利瓦伊尔回忆说，“我说‘在这样做之前，我得试试自己的方法。’于是我又盘旋了几圈，以我的方式降落，一切都很顺利，最后我平安落地了。”但飞机的制动装置表现极差。几分钟后，热带暴雨就淹没了湖床，致使在当天剩下的时间里，跑道根本不能再用。当晚，约翰逊和他的“臭鼬工厂”的同事们用啤酒和又一场扳手腕比赛来庆祝，这是他们常用的庆祝方式。
两天后，在对制动装置作了一些抢修后，利瓦伊尔架机重返蓝天。约翰逊在着陆技术上已妥协，利瓦伊尔练习以自己的方式着陆。此时，洛克希德团队在准备一个“百老汇开幕夜”——按计划，8月8日，比塞尔和少数其他政府官员将来参观。约翰逊最初并不理会利瓦伊尔对制动装置的抱怨，现在也开始指示机修工加强这个系统。
遗憾的是，莱格霍恩不在参观者之列。但由于极偶然的历史机缘，在8月的第一周里，他知道了他魂牵梦绕的飞机就要最终成型了。自1953年受挫退出空军决策机构，当华盛顿正为艾森豪威尔总统就职典礼作准备之时，他返回柯达，又去到伦敦，管理公司在欧洲的业务。在那里，他依然与镜头设计师吉姆·贝克和光学专家阿木罗姆·卡茨等保持联系，并时刻关注着空军的众多项目，包括他自己于1952年提议改装的“堪培拉”轰炸机项目，不过莱格霍恩对U-2侦察机一无所知。
希望能推动空军发展，莱格霍恩给《美国新闻与世界报导》投稿，阐述他的理论。那份手稿直到艾森豪威尔宣布 “开放领空”的提议后才得见天日。刚过了一周，正当凯利·约翰逊准备首次把U-2侦察机送上跑道时，杂志开始刊登莱格霍恩写的六页长的报道，标题是《美今日可从空中拍摄苏联，飞机就绪，设备将齐，技术合格》。
根据他自己对高空飞行拍摄现状的了解，莱格霍恩写道：“在空中秘密侦察苏联，对西方世界有百利而无一害。”
他还补充说：“我们不难制造出能适应高空、快速和远程飞行的飞机。”
比塞尔和其他参加U-2计划的人都被这些叙述惊得目瞪口呆。莱格霍恩似乎是在预定的首飞时间的前几日，将这架秘密飞机公之于众。基利安立即给当时已回到罗彻斯特的莱格霍恩打电话，要他明早赶回华盛顿见面。二人于1937年在麻省理工学院通过西格玛齐兄弟会结识。抱着对此行的团团疑虑，莱格霍恩飞回首都，第一次见到了基利安和兰德。他们看上去都对他的文章很不满，但并未解释原因。他们送他去面见同样满怀不满的比塞尔。在那里，莱格霍恩在签署了一份保密协议后，比塞尔才告诉他U-2计划的始末。
对于莱格霍恩来说，此消息可谓对自己最成功的辩护。后来他告诉中情局历史学家唐·韦尔奇恩贝奇说：“终于有人出头并认识到战略侦察的重要性了。”
8月8日，比塞尔出现在”农场“，U-2侦察机专门作了一次无可挑剔的飞行。任何习惯于正常起飞和升空景象的人，在看到这架长机翼的侦察机在跑道上滑行200码左右就匆忙离地起飞时，肯定会瞠目结舌。它上升的角度之陡同样令人惊讶。利瓦伊尔匆匆飞过基地表演了一下，然后迅速攀升到32000英尺的高空。
到8月中旬，利瓦伊尔已经能把它升到52 000英尺高度了。月底，他把试飞任务交接给两位洛克希德同事，然后返回爱德华空军基地和帕尔姆代尔，继续试飞XF-104 星球大战机。9月初，U-2侦察机已能升到65 000英尺。第二架、第三架飞机很快被运送到这个空军基地。“臭鼬工厂”还准备在位于加州中心山谷贝克斯菲尔德北部的奥尔代尔建设一条新的生产线。
柯蒂斯·勒梅和他的空军同僚们惊慌地关注着事态发展。当飞机从提议变成现实时，他们长期的反对也被突如其来的强烈的控制欲所代替。整个夏季，勒梅都在想方设法接管此项目。在参观科罗拉多温泉时，他会见了杜勒斯和比塞尔，急不可耐地告诉那些中情局官员们，他们不够格去驾驶飞机。但杜勒斯和比塞尔拒绝交出控制权。“我非常想管理这项工程，”后来比塞尔在回忆录中写道，“这不只是一项得到总统赞同的计划，同时也是得到许多外界极重要的科学家支持的魅力无限、具有最高优先权的工作，它会给成功的实践者带来无尽的威望。”
争执最终必须由艾森豪威尔总统来解决，他早已打定主意不让空军插手，于是，结局又一次偏向了中情局。“我希望整件事情都只是民间行动，全副武装身着军服的美国兵飞进苏联，那将是法律上的战争行为，我一点也不希望会这样。”
空军参谋长内森·崔宁将军大发雷霆：“他们完全霸占了一切，我们根本插不上嘴。总统也同意了，他根本不应该这么做……中情局肯定骗了他。”
12月初，距凯利·约翰逊接到华盛顿的许可令不过一年，“已有四架飞机在飞，第九架已在绑夹具，而且都飞越了我们设计的前所未有的高度。仅用了一年……”他毫不掩饰对“臭鼬工厂”的满意。
U-2侦察机的数量与月俱增，距比塞尔所需的飞越苏联所需的全部飞机已为时不远。现在，他需要给飞机配备一批熟练的飞行员，一套能用于高空侦察的照相机系统和一个能处理分析侦查空军拍摄的大量照片的组织。
