Согласно плану испытаний, X-51A должен был быть запущен с борта бомбардировщика B-52 Stratofortress. В ходе полета аппарат должен был развить скорость в шесть мах (6,9 тысячи километров) и упасть в Тихом океане. По данным ВМС США, сухогруз находился как раз в предполагаемом районе падения гиперзвуковой ракеты. По данным Boeing, план испытаний, перенесенных на 26 мая 2010 года, не изменится. Восстанавливать X-51A после падения в океан не планируется.

В ходе испытательного полета X-51A разработчик намерен собрать информацию с датчиков ракеты о ее поведении на гиперзвуковых скоростях. В последующих испытания скорость X-51A может быть увеличена.

В середине декабря 2009 года Boeing впервые поднял в воздух X-51A - аппарат совершил полет будучи подвешенным к крылу B-52. В ходе этого полета проводилось исследование влияния подвешенной ракеты на управляемость самолетом, а также взаимодействие электронных схем X-51A и B-52. Согласно проекту, X-51A сможет развивать максимальную скорость в семь мах (свыше восьми тысяч километров в час).