研究人员在3马赫的领域遇到了许多困难，提供足够的稳定性与可操纵性只是其中之一。在这个领域里，他们还会遇到“热障”，这是由摩擦产生的大量热。X-2由不锈钢和铜镍合金制成，配备了两个XLR25火箭发动机。这架后掠翼飞机将会探测这个领域，并且会是第一架将人类送到大气层边缘的飞机。

试飞员Iven C. Kincheloe上校和Milbum G. “Mel” Apt接手了后来的试飞工作。1956年9月7日，Kincheloe成为了第一个到达100000英尺（30500米）高的人，他驾驶X-2到达了126200英尺（38466米）的高度。就在20天以后的9月27日早晨，Mel Apt完成了他的首飞，这也是他第一次驾驶火箭飞机。他被命令按照指定的“最佳航线”飞行，而且他还要尽量避免在速度达到2.7马赫时过快地使用操纵系统。这次试飞的计划做得很精细，而Mel Apt也成为了第一个驾驶飞机到达3马赫的人，他将飞机加速到了3.2马赫，那时他的高度为19960米。至此为止，这次试飞可以说完美无瑕，但是就在此之后，Mel Apt作了一个倾斜转弯的动作，此时飞机的速度仍然在3马赫以上。这可能是因为X-2上面的反应迟钝的仪器显示的速度低于实际速度，或者是因为他认为自己离机场太远了。这架X-2随即失去控制并且开始猛烈下坠，他发现他遇到的是“惯性耦合”现象，三年前在X-1计划中差点使查克·叶格牺牲的也是这个现象。与查克·叶格不同的是，Mel Apt再也没有重新获得控制，他的飞机坠毁，他本人牺牲了。X-2提供了许多有用的数据，但是这个悲剧使X-2计划在NACA接手前就被中止了。对高速飞机的研究不得不被拖延，直到三年后开始的最富有野心的火箭飞机计划北美X-15。