1963年8月，美国研制的第一架三倍音速截击机YF-12进行首次试飞。1960年下半年美国空军同意让洛克希德修改三架A-12的机体作为测试载具，这三架飞机当时给予的编号为AF-12，到了1962年9月根据三军飞机通用编号改为YF-12A。

YF- 12外观上与A-12最大的差异在于机鼻的部分。YF-12采用原本为XF-108研发的AN/ASG-18雷达，因此在A-12上延伸到机鼻的两侧延伸面被切除一部分，用以容纳雷达和直径更大的鼻锥。此外，YF-12由单座改为双座，后座专门操作复杂的ASG-18雷达。

在风洞测试过程中发现YF-12有方向轴上的稳定问题，于是在机身下方加上一片大型可折叠的安定面，另外在两个发动机舱下方加上较小的固定安定面。

第一架YF-12于1963年8月进行试飞，次年3月，一架YF-12A成功进行一次拦截演习；以高度19695米（65000英尺），2.2马赫的速度拦截一架在12120米（40000英尺）飞行的Q-2C。4月进行的AIM-47A隼（Falcon）式空对空导弹的无动力释放测试并不太成功，导弹脱离 YF-12的姿态显示在火箭发动机点火下，这枚导弹将会击落发射的YF-12。

1965年3月开始进行AIM-47的有动力飞行测试，七枚发射的导弹当中，有六枚击中目标，包括一枚自75000英尺，3.0马赫状态下发射，对头攻击一架飞行高度1500英尺的靶机。

试飞与测试的结果让美国空军非常满意，1965年决定由洛克希德生产93架F-12B量产型，国会也同意拨款9千万美金进行这项计划。可是国防部长麦克玛拉以越战需要的军费和没有必要另外生产一种型的拦截机为理由，终止F-12B的生产计划。

不过YF-12A仍在后续几年担任许多高速飞行试验的任务。1969年两架YF-12转交给美国国家航空航天局的达顿试验中心，以进行更多的高速飞行验证，不过1971年其中一架YF-12于飞行中发生燃料线路故障引发火灾，两位飞行员不得不跳伞。

剩下的一架YF-12A于1979年转交给美国空军博物馆作为永久展示。

第一架YF-12原型机在1969年自储存状态中取出，分解之后作为SR-71双座教练机的零件来源。

组图：1963年，美国三倍音速截击机YF-12A首飞