1952年11月美空軍選中康維爾公司的訪方案，1956年11月11日B-58進行了首次試飛，并在隨后共進行了150個架次的飛行(總飛行時間為257小時30分鐘)。其速度便達到M0.9，次年6月29日它攜帶副油箱突破了兩倍音速。1960年3月進入美國空軍服役，雖然在服役過程中未曾投擲過一枚炸彈，但該機確實成為美國空軍戰略司令部60年代最主要的空中打擊力量，該機有著以前任何轟炸機不曾擁有的性能和復雜的航空電子
設備，代表了當時航空工業的最高水準，但B-58的服役生涯卻和其研制費用、性能不甚相符，戰略空軍司令部沒能留住這種優秀的轟炸機，造成這種悲慘現象主要歸結于該機追求超音速飛行而使用了許多不太成熟的新技術，由此造成該機故障率出奇的高，當然除了本身的技術員原因外，彈道導彈的服役也是該機的過早退役的原因之一。
氣動布局
B-58轟炸機的氣動布局十分簡單明了，個型光滑簡結，機身下帶著一個大得異乎尋常的吊艙，這是B-58獨有的“燃油-核彈組合吊艙”。投入使用的有MB-1C和TCP兩種型號，MB-1C由于可靠性差很快被淘汰。TCP由上面的小艙和下面大艙兩部份組成，小艙內裝載核彈，大艙為副油箱，大艙上部凹陷，小艙則裝在凹陷內。攻擊時，副油箱內燃油用完時，便將副油箱丟棄，并對目標進行兩馬赫速度的突防，投核彈。
服役生產
1959量產的B-58開始服役，原計劃生產290架，后來美空軍認為需要速度更快，載彈更大的轟炸機,產計劃又被減到了148架。到60年代中期B-58才形成作戰能力，可B-58并不爭氣，116架B-58沒有參加過任何軍事行動卻不斷的自己墜毀了26架，占總數的22.4%。再加上當時美國內“導彈派”占上風，B-58被無情的叛了死刑。
1969年11月5日編號59-2446的B-58進行了最后的一次飛行，目的地是美軍軍機“墳場”-戴維思·蒙坦空軍基地，其退役速度之快也是前所未有。
性能指標
動力裝置：裝4臺J79-GE-5渦輪噴氣發動機，單臺最大推力7075公斤。
武器裝備：尾部裝一門20毫米6管機炮，備彈1200發,5枚核彈?？傒d彈量8820公斤。
尺寸數據：機長29.49米，翼展17.32米，機高9.58米。
性能數據：最大平飛速度2228公里/小時(高度12000米)，實用升限19500米，最大航程4850公里。
研究歷程
B-58的發展可以追溯至二戰末期，美國陸軍航空兵脫離陸軍成為獨立的美國空軍的那一年1947年5月，時任空軍參謀部研發中心主任的柯蒂斯·李梅少將(后來的戰略空軍司令部司令)寫信給空軍裝備司令部司令內森·F·特衛寧中將，請求裝備部開始一種中程噴氣式轟炸機的研制，飛機最好能夠在50年代進入一線部隊中服役。
李梅的建議被空軍參謀部采納，參謀部召開了專門的研討會議，召集美國幾大航空巨頭，對研制新機的可行性進行研究，同年10月份，空軍召開了設計代號為XB-55的中型轟炸機招標會，但由于資金緊張，所以XB-55于1949年1月27日空軍裝備司令部取消了該機的發展。而空軍部分高層官員的目光則變得十分的長遠，他們看上了一般只有戰斗機采用的三角翼布局的非常規轟炸機，而且，他們提出了當時近乎顯得有點荒唐的要求：超音速轟炸機，空軍很快提出了GEBO I方案。GEBO是通用轟炸機研究方案的縮寫，在GEBO I中，空軍只透露了一個性能參數：最大起飛重量68噸左右?？稻S爾公司由于研制了一系列的三角翼截擊機(如XF-92)而使其在三角翼飛行器上有雄厚的實力，因而格外受空軍的器重，開始了超音速轟炸機的研制。
XB-55的取消帶來的積極效應是緩解了空軍經費短缺的尷尬局面，此時，多位官員聯合提議，研制比GEBO I更先進的洲際轟炸機，由此便誕生了代號為GEBO II的洲際轟炸機方案，這個方案提出的技術要求如下：載重5噸炸彈，作戰半徑2000-4000公里，戰斗升限10000米以上，起飛距離不得超過1800米。
1950年1月，康維爾在參與了GEBO II后，提出了一種寄生方案，即以當時最大的轟炸機B-36為母機，在其機腹下掛載一種小型的三角翼轟炸機，子機有兩名成員，裝備4臺渦噴發動機，機身全部采用復合材料制造，子機空重約8000公斤，發射重量45000公斤，最大升限15000米，最大飛行速度1.6馬 赫，機身不裝備任何自衛武器。由于該機飛行速度快，升限高，作戰時應該比較難攔截，空軍原先對這種設計非常的感興趣，但GBR-36F和RF-84K的敗筆讓人不得不對這種寄生方案持懷疑態度，研制子母機的花銷將大于研制自行起降的常規轟炸機，而且由于B-36和子機組裝在一起后，體積將會異常的龐大，在空中極易受到攔截。
同年4月，GEBO II方案又提升了指標：作戰半徑5600-7200公里，飛行速度1.5馬赫。4個月后，康維爾制成了由5臺發動機推動的三角翼轟炸機原型機，5臺發動機中有3臺可以在飛行途中脫落，該機顯著的特點就是在機腹下加裝了一個莢艙，莢艙中裝有燃油和核彈，并且莢艙上裝有一個發動機，飛機的主發動機為兩臺半埋式大型渦噴發動機。在作戰時，B-36會攜帶其飛行3000公里，然后B-36返回基地，子機完成任務后以0.9馬赫的速度返航。
與此同時，波音在XB-55被取消后，開始高性能中型轟炸機的研制，即型號484-405B，其實和康維爾公司的“離奇”型號相比，波音公司的設計顯得有點保守，型號484-405B采用了低展弦比上單翼，后掠角47度，移植了B-47上的炸彈艙，采用4臺普·惠公司的J57-P-5渦噴發動機，為了保證能夠具有超音速飛行能力。
1951年1月26日，空軍裝備司令部決定同時發展這兩種機型，其中康維爾公司負責研制一種遠程超音速偵查轟炸機，工程發展代號MX-1626，同日康維爾和軍方代表簽訂了合同，合同軍方編碼AF33(038)-21250。同年2月，波音的設計方案被授予軍方代號MX-1712工程，合同軍方編碼AF33(038)-21388，原型機暫定于1954年年底實現首飛。
為了加快項目進度，空軍表示將會在1952年年中授予兩個項目的詳細發展合同，然后在1953年2月左右做出選擇。不久，康維爾公布了MX-1626的部分設計細節，1951年12月，裝備司令部下令對MX-1626計劃進行修改，康維爾將原先發展的子機的第三臺發動機取消，為了實現超音速飛行能力，剩余的兩臺發動機改成具有加力能力的新型發動機，而航程則由加裝空中加油設備來解決。飛機的正常起飛重量在57噸左右，機組成員增加至3名，即飛行員，導航員兼投彈手以及防衛系統操作手。
1952年2月1日，康維爾的項目代號改為MX-1964，而波音的項目代號則改為MX-1965。6月，康維爾宣布，公司已經改變了新機的發動機布局，即將發動機安裝在翼下的吊艙內，發動機的數量由發動機的型號決定。
1952年夏，懷特空軍發展中心宣布將提前開始對兩個項目進行選擇，空軍參謀長聯席會議主席霍伊特·S·范登堡將軍看好康維爾的方案，1952年12月2日，范登堡將軍正式宣布，康維爾的MX-1964方案勝出，并且將賦予美軍轟炸機編號B-58?？哲妼⒃谖磥碣徺I244架B/RB-58。
1953年2月12日，空軍支付了XB-58第一階段工程發展所需的經費，3月20日，空軍表示可以接受康維爾提出的60度后掠角和機翼后緣10度前掠設計方案，采用了四臺通用電氣的J79發動機，其中兩臺位于機翼下方，兩臺則位于機翼上表面。采用了三名機組成員，機上裝備了一門30毫米的機炮作為防衛武器。
此時在NACA(國家航空咨詢委員會，國家航空航天局的前身)和懷特空軍發展中心的風洞中進行的風洞測試又讓美國空軍和康維爾決定將4臺發動機安裝在機翼的吊艙下，類似于B-47，風洞測試顯示這種布局能夠降低飛機重量，而且便于發動機的維修。
1954年8月，B-58最終的構形選定，4臺發動機被安裝在單獨的發動機吊艙內，全部燃油裝載在機身內部和莢艙內，取消副油箱，同時尾翼面積增加至14.84米2。首批制造30架用于試驗和評估，其中前18架將用于裝備普·惠公司的J57發動機，而剩余的12架則采用通用電氣公司的J79-GE-1發動機。在戰略空軍司令部內，許多人對B-58又不滿，甚至將B-58擠出正在籌備的第51轟炸機聯隊，而許多原先對B-58非常熱心的支持者也懷疑最后的B-58構形是否能滿足空軍最早提出的作戰要求，不過此時空軍已經為B-58支付了2億美元，無論結局怎么樣，不生產B-58是不行了，1955年12月，美國空軍和康維爾簽訂了最后的生產合同，合同號AF33(600)-32841，美軍訂購了13架B-58和31個莢艙。
機身結構和彈射座椅
B-58的機身為半硬殼式結構，采用標準艙段，第1到5艙為機組艙室，第6到19艙為燃油艙，在燃油艙中有專門的兩個艙(8和9)為導航系統，第19艙以后為減速傘和電子設備艙。
機組成員包括一名飛行員，一名導航員兼投彈手，另外還有一名防御系統操作手，全部坐在串列式座艙內，雖然這三個艙形成了一個相連的加壓艙室，但每個座艙都具有單獨的氧氣系統。飛行員的風擋由6塊玻璃組成，飛行員可以在飛行途中觀察到發動機和部分機身，另外兩名機組成員可沒這么幸運了，只有供觀察用的小窗。
這里有必要提及B-58采用的特殊的彈射座椅，原先該機采用的是戰略空軍司令部提供的供戰斗機使用的普通彈射座椅，但要知道，在2馬赫的飛行速度下，高空的高速氣流很輕易就能將飛行員拍成肉餅，而且在12000米的高空，大氣的溫度是零下55度，飛行員依靠這種普通的彈射座椅根本無法生存。
位于科羅拉多州丹佛市的斯坦利航空公司提供了一種特殊的彈射座椅，即膠囊彈射座椅，這種座椅采用了可以折疊的類似于雞蛋殼的全新保護方式。膠囊彈射座椅在普通彈射座椅上加裝了一層“外殼”，在正常飛行狀態，保護殼向上收起，不會妨礙飛行員操作，在飛行員的膝蓋下有一根專門的作動桿，在彈射時，這根作動桿會自動收起，迫使飛行員的大腿往上收，使飛行員在膠囊內呈蜷縮狀。座椅內除了急救用的一些通信設備外，還有氧氣罐，座椅上方有閥門用于座椅在降落到地面時和外界通氣。
在彈射時，飛行員拉下彈射手柄后，和飛行員身體相連的帶子會立即將飛行員的手臂固定，同時作動桿收起，飛行員立即膝蓋上舉，大腿收回座椅內，然后飛行員胸部的帶子會固定住飛行員，接著原先呈折疊狀態的“雞蛋殼”放下，并和座椅底座密閉，座椅底部的氧氣筒開始供氧并提供壓力，這些動作會在0.25秒鐘內完成，然后彈射火箭點火，膠囊彈射出座艙，然后坐椅上的降落傘自動打開，如果不幸降落在水面上，膠囊附帶的氣囊還會自動充氣。當然，如果是由于座艙壓力過低或者有毒氣體泄漏等原因造成的座椅封閉，彈射火箭是不會被點燃的，因為飛行員的座椅外殼上有觀察窗，飛行員可以通過座椅內的操縱桿進行一些簡單的操作來控制飛機。
發動機和燃油系統
J79是一種軸流式發動機，有17級壓縮機，三級渦輪，通過改變為噴口的面積來控制推力的大小和燃油的消耗率，這種方式還能夠保護發動機，防止發動機過熱。發動機進氣道為復激波式，帶有調整錐，進氣道前端能夠根據發動機工作狀況自動控制吊艙進氣道的大小，以實現對空氣流量的控制。
B-58的燃油系統相當的復雜，JP-4航空煤油存儲在4個整體油箱中和機腹的莢艙中，其中機身總可以存儲燃油4172加侖(1加侖和4.546升)，莢艙中可以存儲3885加侖燃油。機翼的前部，機身的5艙和6艙組成了前主油箱，可以裝載燃油3202加侖JP-4煤油，機翼后部份，機身的9艙和12艙組成了后主油箱，可以裝載燃油5893加侖燃油，機身中部的第6艙至第8艙組成了第3個主油箱，可以裝載燃油610加侖，而第12艙和第19艙則組成了第4主油箱，可以裝載1219加侖燃油，其中第4個主油箱為平衡油箱，前后主油箱通過向這個油箱轉移燃油實現機身的平衡。
為了延長航程，B-58還裝有空中加油系統，受油口位于飛行員風擋前1.125米處，同時，在左側機翼附近還有一個緊急泄油口，用于在緊急情況下釋放燃油。
機翼，控制系統和起落架
B-58采用了懸臂式中單翼，無尾三角式布局，后掠式梯形垂尾，機翼為蜂窩結構，蜂窩結構采用了鋁合金、玻璃纖維以及粘膠劑制成，B-58的蜂窩夾層結構占了集體表面的85%，這種結構的重量比鉚接結構輕了30%，機翼蒙皮由鋁合金材料制成，機身蒙皮采用復合材料，主要是石墨環氧樹脂，為了增強安全性，機上的鉚釘全部采用鈦金屬制造。
B-58的機翼蜂窩結構為B-58增加燃油量起了很大的作用，蜂窩式結構之間相通，燃油能夠在機翼之間流動。不過左右機翼油箱之間有閥門防止在作大過載機動時一個機翼油箱的燃油流向另外一個，使得飛機重心改變。機翼蒙皮表面下的有機玻璃纖維用于隔絕機翼蒙皮和空氣劇烈摩擦產生的熱量。 后掠式梯形垂尾，桁條結構和加強肋構成了內部框架，鋁合金蒙皮方向舵由11個鉸接點和垂直尾翼相連，機翼副翼為不銹鋼材料，采用銅合金和機身相連。B-58的控制面為方向舵和兩個副翼，機上的持續過載保護裝置能夠在自動飛行模式下防止飛行員操縱不當引起飛機機動過載過大，該機的飛行控制系統包括一個自動調配系統，具有三種工作模式：即起飛降落、人工操作、自動飛行狀態。每種工作狀態自動調配系統都會將副翼鎖定在一定的角度。
該機的主起落架為8輪小車式結構，前后兩個軸上都有4個機輪，為了解決在試驗中發現的B-58在降落時容易爆胎的不足，康維爾在每對機輪之間加裝了鋼質護套，及時將熱量傳遞出去，同時也能夠在爆胎時充當緊急輪胎。主起落架通過大型的支撐架以及U型連接器和機身相連。主起落架收起后放入機翼蒙皮內，該機的起落架收起機構相當的復雜，在收起時，必須先將整個起落架在U型連接器部位折疊，然后再向后收入起落架艙內。但這套負責的收起設備卻從未曾在起飛降落階段發生過任何的事故。
前起落架為雙輪式結構，由于莢艙離前起落架距離非常近，因此前起落架也是相當的復雜，起落架的收回耗時10秒鐘。B-58的減速傘位于尾炮艙前，減速傘直徑達8.5米。
防御系統和電子設備
B-58的尾炮為通用電氣公司的T-171E-3 6管20毫米轉管炮，最大射速4000發/分，配有愛墨生MD-7雷達用于搜索來襲的敵機，MD-7工作在Ku波段，雷達將數據將直接傳輸至位于尾炮后面的計算機上，計算機通過收集更多的數據選擇是自動射擊還是交由防御系統操作手手動控制尾炮，B-58總共備有1200發炮彈。
機上的電子設備提供了預警和干擾功能，B-58裝有AN/ALR-12雷達告警接收機和AL/ALQ-16干擾發生器，能夠從接收到的敵方雷達信號中檢測出敵方雷達信號的參數，然后用相同的參數發射虛假的角度和距離信息，每個主起落架的整流罩上裝有AN/ALE-16箔條發射器。B-58裝備有雷神公司出品的Ku波段搜索雷達，工作頻率為16-17GHZ。
機上的轟炸系統主要為斯佩里公司的AN/ASQ-42系統，這個系統由6個子系統組成，即位于后機身的AN/APN-113多普勒雷達用于測定B-58相對于地面的飛行速度和機外空氣的速度;位于機頭的羅斯曼機械公司的KS-39天體觀測儀和遠程無線電羅盤，用于確定飛機的位置;機身中部的導航子系統不斷的測試飛機的飛行高度和飛機的經緯度位置;機頭的搜索雷達和高精度無線電高度表用于測定飛機和導航點的距離指示可以投放炸彈的信號產生器;故障檢測系統，用于檢測主導航系統的故障并在發生故障時提供備用導航信號。
主導航系統主要由本迪克斯公司和摩托羅拉公司提供，其主要器件為多普勒雷達和慣性導航系統。同時，B-58還裝備了語音提示警告功能，從發動機著火到液壓系統失靈，語音提示警告都能在第一時間向飛行員發出警告。
莢艙
B-58的莢艙為MB-1C，流線型艙體，采用兩截副油箱焊接而成，內裝有爆炸當量可調的自由落體式核彈，莢艙全長22.86米，直徑最大處為1.5米，空重1134公斤，在滿載燃油和一枚標準的W39Y1-1核彈時，全重達到11000公斤，整個莢艙由3枚螺栓和機體相連。莢艙內分多層，其中前半部分和后半部分為燃油艙，中間部分的上層為炸彈艙，下層為設備艙。莢艙艙尾上有四片小翼面，用于在莢艙自由下落中保持橫滾穩定。艙內的核彈由位于艙內的壓力引信引爆，投放前任務指揮官將會根據任務命令設定核彈的爆炸高度，隨即機上的大氣數據計算機立即將高度轉換成目標區的氣壓，在莢艙投下時，莢艙內的燃油將被自動傾瀉。
B-58機上裝有AN/ASH-15炸彈損傷評估系統，在莢艙投放后，系統會連續不斷的向飛機提供莢艙的坐標數據，機上的存儲系統則會將這些數據存儲起來。當核彈爆炸時，機上的光敏元件會紀錄爆炸產生的瞬時光強度，然后根據莢艙最后的坐標位置解算出爆炸的強度、殺傷力等數據。
不過，MB-1C在美軍中的服役時間并不長，后來開發的新的莢艙即TCP，外形和原來的MB-1C相同，不過采用了上下兩個莢艙的結構，上層為BLU 2/B-1炸彈吊艙，全長10.5米，最大直徑為1米，尾部有3片小型翼面，其中一片在和下層相連使呈折疊狀態，炸彈艙全重5430公斤，下層為BLU 2/B-2燃油艙，分為前后兩個油箱，空重860公斤，滿載燃油時重為11800公斤，上層莢艙半墁于下層燃油艙中，上下兩層獨立和機身相連，燃油艙和機身分離后，炸彈艙仍能獨立和機身相連。TCP雖然比MB-1C先進，不過由于后者的炸彈艙更大，為此，在執行特殊任務時還是會用到MB-1C。
當然，B-58在位于機身和主起落架之間的掛點上還能夠掛載4枚MK.43核彈，MK.43核彈重大1噸，長超過3.6米，爆炸當量100萬噸。
美軍后期還發展了MA-1C莢艙，MA-1C是MB-1C的改進型號，加裝了貝爾航空公司的LR81-BA-1液體火箭發動機，火箭發動機采用JP-4和霧化硝酸的混合物，莢艙最大射程250公里。莢艙最大飛行高度30000米，最大飛行速度4馬赫，不過后來由于技術原因MA-1C被取消。
試飛
1956年7月，第一架B-58A開始在康維爾公司的廠房內組裝，此時該機的綽號“盜賊”開始流傳，不過“盜賊”的綽號早在1952年就已經開始在空軍內部和康維爾公司流傳，以至于后來美國空軍將其變成了該機的官方代號?？稻S爾公司還規定，在和平時期，B-58的每月飛行時間不能超過40小時，而戰時則可以達到105小時。
首架正在組裝的YB/RB-58編號為55-0660,該機一直到8月末才下線，同年9月4日在拖車的牽引下緩緩的駕出了康維爾廠房的大門，此時該機還有很多設備沒有裝，機內裝的大多都是實驗器材。望著這架外型前衛的轟炸機，許多在場的人不禁感慨到：末代轟炸機誕生了。
10月1日，這架B-58進行了首次發動機點火試驗，28天后即29號，第一次地面滑行試驗順利進行。
1956年11月11日，激動人心的時刻到來了，在得克薩斯州的卡斯維爾空軍基地外場人聲鼎沸，基地跑道上，這架編號為55-0660的B-58拖著長長的尾焰，在上千雙眼睛的注視之下，轟鳴著離開跑道飛上了藍天，隨即人們涌進機場，歡呼聲猶如雷鳴。請記住這三位功臣飛行員，飛行員B.A.艾里克森，系統專家約翰·D·麥克臣，試飛工程師查里斯·P·哈里森。為了安全起見，該機并沒有攜帶莢艙。這次試飛很輕松就達到了0.9馬赫，而在12月30的試飛中，該機的最大飛行速度達到了1.17馬赫，成功實現超音速。
隨后就開始了一類試飛，試飛總時間持續了將近3000飛行小時。1957年2月16日，編號為55-0661的YB-58首次攜帶MB-1莢艙飛行。6月29日，第一架原型機攜帶空載的MB-1進行了超越2馬赫的試飛，該機在13213米的高度，最大飛行速度達到了2.03馬赫。接著，B-58家族又一次次的刷新空投莢艙的速度和高度紀錄，1957年12月20日，一架YB-58從18000米高空，在2.0馬赫的飛行速度下成功的空投了一具莢艙，達到了設計要求。
雖然B-58一次次的刷新世界紀錄，但問題也如火山爆發般涌現，首先是油箱內的燃油在飛機加速或者減速時晃動、飛濺造成飛機空中飛行的不穩定;加力燃燒室工作不穩定造成該機在超音速飛行情況下的偏航;發動機震動造成飛機疲勞裂紋和飛行員在飛行過程中極易疲勞…，所有這些都影響了后續的試飛。雖然新型飛機在試飛中出現問題是正常的，但B-58的問題似乎無窮無盡，使得該機“有幸”成為人類航空史上最令人失望的飛機。
為了測試機身的疲勞裂紋，1957年3月，一架沒有加裝發動機的B-58機身由一架B-36F吊裝在機腹送至懷特-帕特森空軍基地的懷特發展中心結構試驗實驗室，康維爾公司的工程師絞盡腦汁才想出這個辦法，為了能夠掛載B-58，B-36F不得不犧牲了其內側的螺旋槳。前蘇聯的克格勃還向總部發回報告稱，美國正在進行一種超級轟炸機方案，將由B-36空中發射。除了克格勃被騙外，一些在機場拍攝的照片被公布后，許多美軍的基層官員也以為是空軍用B-36發射B-58的新項目。
1957年后期，第一臺YJ79-GE-5發動機被送至康維爾公司，從1959年3月開始，二類試飛開試，兩架YB-58A飛別在加州的愛德華茲空軍基地和康維爾的福特沃斯試驗場進行了256架次，1216飛行小時的試驗，J79-GE-5發動機的試驗也在二類試飛中進行。從1958年至1960年的3年時間里，康維爾共損失了7架B-58。
在第二階段試飛結束后，空軍于1959年6月11日宣布，美國空軍將購買290架B-58，包括其中的30架為生產型和試驗型，美國空軍將為此組建5個B-58轟炸機聯隊，根據時間估計，1960年11月第一個實戰中隊將進入實戰部署。
服役歷程
第一架正式 生產型B-58(生產編號59-2428，第31架B-58)于1959年春離開康維爾的生產線，不過B-58在試飛時還有很多的問題沒有解決，同年7月14日，資金問題迫使戰略空軍只好削減B-58的定購數量至148架，此時康維爾已經開工全力組裝B-58的正式生產型，每月產量為6架。而五角大樓對 B-58的進展十分的不滿，因為B-58的許多性能還沒有達到原先的設計要求，而且維護和發動機問題還沒有得到很好的解決。按照樂觀的估算，美軍在 1961財年將為訂購的118架B-58支付超過30億美元的金額，也就是說最樂觀的估計，每架B-58的價格已經超過和其機身等重的黃金的價值了。
1959年和1960年的事故率相當的高，以至于戰略空軍司令部拒絕接受該機，而且雖然B-58早已經出廠，但結合了資金短缺、其他武器系統的競爭另外還有B-58自身的技術等一系列的原因使得該機交付作戰部隊遲遲無法實現，SAC原計劃打算1960年6月就讓B-58裝備作戰部隊，但鑒于該機目前的狀況，第一支B-58轟炸機連隊恐怕要到1961年初才能成軍。
隨后B-58轟炸機聯隊的駐地選擇也正式開始，經過比較，卡斯維爾基地和邦克山基地由于建有維修廠棚而被選為先期兩個B-58聯隊的駐地，第三基地選址經過多方討論比較，最后選定為阿肯色州的利特爾洛克基地，在這些基地擴建和整修的時候，配屬這些基地的KC-135加油機也開始訂購。
1960年1月，美國空軍正式宣布了第一個裝備B-58的轟炸機聯隊即第43轟炸機聯隊，下轄63轟炸機中隊，64轟炸機中隊，65轟炸機中隊，聯隊暫駐扎于戴維斯-墨松基地，2個月后，聯隊正式遷往卡斯維爾基地。同年8月1日，美國空軍正式宣布B-58進入空軍服役，編號為59-2436的B-58攜帶全套裝備在命令宣布后不久伴隨著夏日的太陽降落于卡斯維爾基地，正式交付第43轟炸機聯隊。
第二支裝備B-58的聯隊是第305轟炸機聯隊，駐地為邦克山空軍基地，下轄364轟炸機中隊，365轟炸機中隊，366轟炸機中隊。1961年1月9日正式對外宣布番號，同年5月11日，第一架B-58A降落在邦克山基地的跑道上，第305聯隊于次年8月宣布進入戰備值班。
被B-58技術問題困擾的第43轟炸機聯隊在經過長時間的停飛、整修后于1962年宣布進入戰備值班。
但就在B-58不斷創造世界紀錄時，SAC卻被告知B-58的定購數量將會下降，原定于1962財年訂購的30架B-58將被取消，由此造成的轟炸機空缺由B-47延遲退役填補。原因很簡單，B-58實在太貴了，單機的價格已經上升到了1400萬美元，是B-52G的三倍，而且美軍已經在上馬B-70項目，性能更加先進，價格也更為合理的B-70是美軍下一代的轟炸機，B-58將和B-70爭奪有限的資金。
B-58的服役時間相當的短暫，1965年12月，當時的美國國防部長羅伯特·邁克納馬拉宣布B-58開始推出美軍現役，他認為B-58的高空高速性能已經無法有效撕開前蘇聯嚴密的防空網。隨即，該機的后續機種FB-111A上馬。FB-111A和民兵彈道導彈、北極星潛射彈道導彈的改進，另外還有B-52轟炸機的繼續升級，這些已經足夠應付美國空軍當時的戰略轟炸需要，昂貴的B-58到了退役的時候了。而戰略空軍司令部方面，雖然B-58的高耗油率造成該機的航程十分的有限，但花了這么大力氣搞出來的B-58在其他性能方面是無可挑剔的，因此，SAC向國防部強烈要求保留B-58，至少到1974年。但美國國防部的決定卻很難動搖——1965年。
當然美國國防部提前讓B-58退役也有說不出的苦衷，和B-52相比，B-58的不光研制、制造經費驚人，而且使用費用也相當的可觀，一架B-58如果包括機組成員的裝備、地面設備等算起來總價值可以達到3350萬美元，而B-52只須900萬美元，B-47更是只要300萬美元，維持兩個B-58聯隊的費用和6個B-52轟炸機聯隊相當，這些都是國防部一直在考慮的問題。
而更令五角大樓頭痛的問題是，康威爾總共制造了116架B-58，居然有26架墜毀。當然很多是由于一些機組成員的粗心大意造成的，不過不管怎么樣，在美國空軍和戰略空軍司令部高層的印象中，B-58是一種好看但也是不太可靠的轟炸機，替換在所難免。
1969年10月27日，美國國防部長萊爾德宣布關閉幾處空軍基地，這其中就有邦克山基地，這些基地的關閉也意味著原先駐扎在此的B-58聯隊徹底的解散。
第一架被送至有飛機墳場之稱的戴維斯空軍基地的B-58是59-2446，時間是1969年11月5日，隨即，B-58的轉移速度逐漸加快，305轟炸機聯隊于1970年1月16日轉移了最后2架B-58，這是最后2架B-58，305聯隊的飛行員含著眼淚駕駛著B-58飛向其最后的目的地。
至1970年1月底，所有的B-58A和TB-58A除了有部分被博物館收藏外其余全部轉移至戴維斯基地封存，80余架B-58在此接受風吹雨淋了數十年后，拆除了所有的裝備，一代名機隨即推出了歷史舞臺。
B-58B出擊
由于B-58A存在部分不足，康威爾向美國空軍建議發展一種改進型號即B-58B，該機將裝備4臺通用電氣的J79-GE-9發動機，而且B-58B的機身將加長，為了改善操縱性能，該機還將延長機翼內側的襟翼系統。
B-58B最大的改進是B型能夠使用更多的武器類型，B型的機腹莢艙將更大，除了能夠裝載更多的燃油外，莢艙內當然還能掛載常規武器。而且，康威爾還宣稱新研制的大型空射導彈也將可以裝備B-58B，有架55-0668B-58A曾被用于改裝成B-58B，但此時后來不了了之。
康威爾除了推出B-58B外，還論證了B-58C，C型公司代號B-J/58，對A型進行了徹底的改進，機身延長1.5米，全新的襟翼系統和尾翼，全新的普·惠公司的J58發動機，但美軍認為該機過分依賴老技術，而阿伯丁研究與發展中心在研究后也指出，康維爾提供的該機空中加油9600公里的航程值得懷疑，并且該機機身材料中鋁合金的過分使用將在未來超音速巡航中制造相當棘手的麻煩。1961年，新上臺的肯尼迪政府最終還是決定砍掉這個項目。
在康維爾公司的計劃中當然還有盜賊D和盜賊E，不過這些都是公司內部的編號，美國空軍并沒有為這些機型分配編號。
B-58由于特殊的飛行品質，急需制造一種類似的教練機來訓練飛行員，為了節省資金，康維爾決定還是將原先用于試驗的30架B-58早期型號進行改裝，1959年2月25日，美國空軍決定將原先30架試驗型B-58中的4架改裝成教練機，教練機編號TB-58A，同年9月15日，TB-58A正式立項。
在TB-58A中，前艙為學員艙，原先的導航員艙被改為教官艙。為了給教官有良好的視野，教官艙的位置右偏機身軸線約10度。第三艙通常是為了精通操作而跟班的一些較老的飛行員。要區分TB-58A和B-58A主要看第二艙的座艙蓋，如果是透明的則是TB-58A，若只有很小的觀察窗則只有B-58A。第一艙和第二艙之間是密封的，而第二艙和第三艙之間則是相同的，在飛行途中，后面兩位飛行員可以通過管道互換位置。
為了節省成本，康維爾取消了TB-58A上的自動駕駛儀和B-58A上昂貴的主導航系統、轟炸系統，并且將B-58A上的尾炮和電子干擾系統也拆除。
首架TB-58A編號為55-0670，1959年5月10日首飛，1960年8月交付美國空軍，美軍一共接收了8架TB-58A。
試驗平臺
試驗平臺在B-58的服役生涯中，為洛克希德的終極截擊機YF-12A進行武器和火控系統的試驗以及XB-70進行了發動機試驗使B-58的神秘色彩更加的濃重。
為YF-12A準備的導彈和火控系統是休斯公司負責研制的GAR-9(即AIM-47獵鷹空空導彈)和AN/ASG-18火控系統，這兩型系統原本是專門為F-108輕劍而研制的，輕劍下馬后，這兩型系統隨即被用在了YF-12A上，此時YF-12還沒有原型機下線，為了加快研制的進度，這對黃金搭檔隨即在B-58上開始了前期的試驗。
1958年10月17日，康維爾公司和休斯以及美國空軍簽訂了發展協議，康維爾將為后兩者研制兩種特殊的吊艙用于GAR-9導彈系統，并且將改裝一架B-58用于系統的整合試驗。編號為55-0665的B-58被改裝。
AN/ASG-18的雷達擁有歷史上最大直徑的天線，為了能夠容下巨大的AN/ASG-18火控系統，B-58A機身不得不加長了2.1米，同時為了攜帶和發射GAR-9導彈，康維爾公司還專門研制了新型的莢艙，吊艙內取消了原來的油箱，只裝GAR-9導彈和制冷系統?？稻S爾總共制造了2個莢艙，1960年年初就進行了火控系統的測試，第一枚GAR-9的發射卻直至1962年5月25日才進行，1962年年末，已經有多架YF-12A完成了測試，GAR-9的實彈測試交由YF-12A自己執行，1964年2月，B-58進行了最后一次GAR-9導彈的發射后解甲歸田
電子偵察型盜賊
1956年1月，康維爾向美國空軍提交了一份絕密報告—用AN/APQ-69側視雷達改裝B-58，使之成為一架超級偵察機。AN/APQ-69是當時休斯公司開發的一種巨無霸型的測試雷達，其天線長度超過15米。
1959年1月，休斯公司的專車將一具AN/APQ-69雷達送至康維爾公司，由于雷達的體積過大，康維爾的技術人員幾乎是將雷達“塞進”吊艙的，而且雷達擠占了吊艙內的油箱，偵察型B-58A的航程也為此縮短。同年12月24日開始，這架編號為5-0668的B-58A就攜帶AN/APQ-69雷達開始了試飛，在試驗中，雷達的最大探測距離為80公里，分辨率3米，同時在試驗中發現，由于加裝了特殊的天線，該機無法實現超音速飛行，后來項目隨即被取消。
不過盜賊2倍的飛行速度實在誘人，懷特空軍發展中心的空中偵察實驗室又提出了另一種偵察機方案，用固特異公司的AN/APS-73雷達代替原來的AN/APQ-69雷達，工程代號“快速支票”。新型的AN/APS-73雷達工作在X波段，是一種合成孔徑雷達，具有并行地形測繪能力，在15米的分辨率的情況下具有150公里的探測距離，而且AN/APS-73雷達體積更小，改裝更容易，對B-58的飛行性能影響也小。隨即編號為55-0668的B-58A被改裝，并于1961年5月交付。在1962年10月的古巴導彈危機中，該機成功的飛躍古巴領空，不過事后卻發現該機在高亞音速飛行時照片的分辨率才是最高的，這也成了該機唯一的缺陷，事后項目就被取消。
這架編號為55-0668的B-58A隨即被送往康維爾的新工廠被用于B-58B的試驗，并于B-58B計劃執行的后期被改裝成TB-58A教練機，該機現保存在得克薩斯州的西南航空博物館。
空射彈道導彈
1958年春，有人提議用B-58作為空中平臺，發射彈道導彈，具有超音速飛行能力的B-58加上具有超強威力的彈道導彈絕對是夢幻組合，美國空軍為之怦然心動，于是立項開始試驗，工程代號“響彈”。
洛克希德導彈和空間系統分部負責導彈的研制，康維爾則負責改裝B-58，為了掛載大型的導彈，B-58的機腹下必須加掛大型的掛架，一架編號為55-0660的B-58推進了康維爾德工廠開始進行改進。
洛克希德為美軍制造了4枚樣彈，導彈代號為“高空室女座”，工程代號199C，為了加快工程進度，洛克希德在制造導彈時，采用了部分XQ-5，X-17，下士等試驗機以及導彈上的部分成熟元件，導彈最后長9米，彈體直徑0.78米，采用了一臺XM-20固體火箭發動機，推力2000公斤，工作時間39秒，導彈采用慣性制導方式。發射總重量為5000公斤，1958年9月5日在卡納維拉爾角發射場進行了首次發射試驗，導彈脫離B-58載機6秒鐘后，火箭發動機成功點火，不過導彈飛行了幾十秒鐘后導彈發生劇烈震動，試驗被迫取消，導彈最后掉入大西洋。
2月19日，B-58以1.6馬赫的速度發射了這枚導彈，導彈成功的點火并加速至6馬赫，導彈最后飛行了3000公里。次年6月，第三發導彈也進行了成功的發射試驗，該彈的最大飛行高度達到了58000米。
1959年9月22日，第四發也是最后一發導彈被用于其他用途的發射試驗，洛克希德在該彈彈頭內加裝了13架相機，不過這些相機倒不是為了偵查，而是為了拍攝人造衛星，洛克希德當時的大膽設想是采用空射導彈是否可能攻擊并擊落人造衛星。
導彈的目標是探索者4號衛星，不過就在發射前期，試驗人員被告知原先從NASA得到的探索者4的軌道參數有誤，于是該彈的目標又臨時改成了新發射的探索者5號衛星。載機爬升到11430米高度，在2馬赫的飛行速度下，發射了這枚導彈，導彈很順利地脫離飛機，然后發動機點火開始爬升，不過30秒鐘后，導彈和控制中心失去聯系，試驗以失敗告終。后期由于資金缺乏，美國空軍停止了該項頗有前途的試驗。
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