第二架XB-70A（编号20207）于1965年7月17日首次试飞，做一系列测试，并在1966年4月30日创下连续32分钟飞行3马赫空前纪录。不幸于1966年6月8日被伴飞的F-104撞到右垂直尾翼，坠于沙漠烟尘之中。
虽然XB-70有诸多过人之处，但是，远在这架轰炸机于1964年开始试飞之前4年，便已被判了死刑。由于价格高昂，穿透敌人领空的能力又不如弹道导弹，因此遭到诸多质疑。尤其致命的是，这架轰炸机以3马赫飞行、在21021米的高空投弹时的圆周公差半径达1.5千米，其准确度低于各种弹道导弹，等于是没有对移动目标进行精确打击的能力，让人怀疑这种当年一架值5亿(相当于如今100亿)美元的轰炸机存在的价值。因此，原本预定生产250架的计划被取消。经众人力保，最终是以技术展示机的名义，生产2架实验机，并保留第3架的生产可能性。
