D-21B服役后的实际投入使用，前后总共只有4次，行到代号“高级投球手”。这4次任务都是在1969年11月到1971年3月执行，目标都是一个地方——罗布泊，任务是探测和搜集中国核试验信息。在第一次任务中，中国军方根本没有觉察到入侵，但是该机在执行任务过程中神秘失踪。D-21B的第二次实战任务是在1970年，在完成侦察任务后成功返回回收点，但是存有所有情报信息的“气密舱”没有打开降落伞，导致整个任务舱损毁，信息无法回收
1971年3月4日，D-21B开始执行第三次实战任务，同样遭遇失败。D-21B的第四次也是最后一次实战应用是在1971年3月20日，不行的是在飞行过程中突然失踪。根据最近在中国航空博物馆展出的残骸来看，也证明了美国方面多年前的猜测，即该机在执行任务时电气系统出现故障，坠毁在森林里，最后被中国军方获得。
