U-2還裝有電子偵察和偵聽裝置，可用雷達將飛經的地形記錄下來，改製成導彈飛行時使用的地形匹配圖。它機頭裝的錄音儀可截錄36種不同頻道的音響情報。為防止失事後泄密，飛機上特別安裝了自爆破毀裝置。
U-2的中期和後期型號為對付日益增強的地空導彈的威脅，加裝了大量的電子幹擾設備。機身塗色也作了改變。1965年底，U-2飛機機身塗抹上一層“黑天鵝絨”隱身漆。
在此同時機身上所有部位都把銀灰色改成黑色，目的是防止光線反射暴露行蹤。這些措施使U-2的行蹤更顯詭秘。U-2各種型號總共生產了65架。
在世界許多國家人民的心目中，U-2被看成是臭名昭著、劣斑斑的一種飛機。作為一種新式高空偵察機，它在美國軍政當局的操縱和使用下，從50年代中期開始頻頻飛竄中國大陸、前蘇聯等社會主義國家及一些第三世界國家的領空，仗著具有優異的高空飛行能力，肆無忌憚地竊取這些國家的政治、軍事、經濟和外交情報。60年代中國和前蘇聯發展核武器的一些情況，蘇軍秘密進駐古巴的情報，皆被它獲取。美國官員聲稱，當時美國獲得的關於前蘇聯的戰略情報中有90％係U-2提供。據說1971年中國發生“林彪事件”後，U-2也在第一時間內就嗅出了某些氣味。在美國統治集團眼中，U-2可稱是神通廣大，勞苦功高，可是，它也理所當然地遭到了報應。在它肆虐的年代裏，一共被受侵略國打掉了7架，其中5架是中國人民解放軍空軍所為。年輕的人民空軍防空導彈部隊也正是因為這一戰功而名揚世界。
U-2飛機不攜帶任何武器裝備，它不向敵人發射一槍一彈，不給敵人造成任何直接的物質損失，可是，在相對和平的條件下，它通過竊取情報給對手造成的傷害絕不亞於成群結隊的戰鬥機、轟炸機給對手造成的生命和物資傷害。正因為如此，U-2飛機在戰後的曆史歲月中堪稱風頭最勁的一代“名機”。
1956年6月首批12架U-2飛機出廠時，飛行員的訓練也已完成。1個月後，U-2便迫不急待地開始了它的實戰飛行。
1956年7月4日，美國國慶節的當天，一架U-2首次侵入前蘇聯領空作穿越“鐵幕”飛行。它如入無人之境，由西到東縱貫前蘇聯北部地區後平安返回，沿途偵照了列寧格勒、莫斯科和白令海峽等戰略要地的防務設置和重工業設施，獲取大量情報，令中情局官員們精神振奮。此後，U-2頻頻入侵前蘇聯，肆無忌憚地竊取情報，令前蘇聯當局十分惱火可又沒有對付辦法。在1956—1960年4年裏，U-2的活動重點始終放在前蘇聯。
U-2對前蘇聯的偵察緊鑼密鼓地進行了4年，獲益匪淺，當時美國軍政當局自然是興奮之極。
前蘇聯對這種竊賊自是痛恨有加，但在很長一段時間內又奈何它不得，因為當時他們裝備的主力殲擊機都飛不到2萬米，如米格-19是1.79萬米，米格-21是1.87萬米，蘇-9/11是1.9萬米。正在研製中的薩姆-2中高空地對空導彈的實驗命中率僅有2%。前蘇聯外交部一再向美國提出抗議，但毫無用處，美國人總是說“我們沒有任何一架飛機進入前蘇聯領空”，當麵撒謊，毫不臉紅，因為他們確信前蘇聯人拿不出證據。
當然，美國人在推出飛機時就準備好了有一天遭受前蘇聯的反擊，他們預計這個時間是兩年，可事實上拖了4年，但這一天終歸還是來了。
1960年5月1日5時36分，一架U-2偵察機從巴基斯坦的白沙瓦基地起飛，開始作一次“穿幕”飛行。駕駛這架飛機的是美戰略空軍駐土耳其基地的第10偵察分隊上尉飛行員弗蘭西斯·鮑爾斯，他當天的任務是從帕米爾地區進入前蘇聯領空，向北直插到北端的科拉半島，沿途偵照蘇軍在烏拉爾地區的重要目標，重點是查明SS-6洲際導彈的部署情況。
蘇軍雷達很快捕捉到了這個熟悉的客人，在上報赫魯曉夫的同時，國防部命令南線防空軍堅決打掉入侵敵機。
首先是二輪的米格機衝擊，隨後斯維爾德洛夫附近的薩姆-2導彈團。在代理營長沃羅諾夫上校親自指揮下，發射了第一枚導彈，隨後又與駐舍盧奇科的導彈部隊協同連珠炮式地射出導彈。8時53分，飛行中的鮑爾斯突遭打擊。他事後在審訊中說：“事情大約發生在約2.07萬米（6.8萬英尺）空中，隨著一道橙黃色的閃光，我聽到一聲震耳欲聾的爆炸，機頭突然向下栽去。我覺得好像是機翼和尾部脫落了……墜落中我隻看見了天空……”鮑爾斯被甩出機艙，跳傘降落。他根本想不起也來不及啟動機上的自毀裝置。