Дозаправка В-52В от "летающего танкера" КС-97 в полете. Использование дозаправки позволило трем В-52В совершить в 1962 г. кругосветный полет.
В-52В использовались для испытания различных летающих аппаратов, например, этого ракетоплана Х-24 с несущим фюзеляжем
В-52С отличался более мощными двигателями, новым автопилотом, возможностью установки 11200 л крыльевых баков, а также подвески в бомбоотсек контейнера с разведывательным оборудованием. Всего было выпущено 35 B-52С.
Бомбардировщики различных модификаций серийно выпускались до 1963 г., неоднократно модернизировались. Во второй половине 1950-х годов В-52 заменил устаревшие самолеты Конвэр В-36 и до настоящего времени является основным бомбардировщиком Стратегического авиационного командования ВВС США.
Всего в 1952-1963 гг. было построено 744 самолета "Стратофортресс" различных модификаций, включая 193 В-52G и 102 В-52Н - первых действительно межконтинентальных модификаций, специально создававшихся как носители ракетного оружия - УР Норт Америкен AGM-28 "Хаунд Дог". В начале 1960-х годов самолеты В-52Н предполагалось оснастить аэробаллистическими ракетами GAM-87 "Скайболт", однако эта программа в 1961 г. была прекращена.
В 1972 г. началось оснащение самолетов B-52G и В-52Н аэробаллистическими ракетами Боинг SRAM, оснащенными ядерной БЧ W-69 (100 Кт) и способными поражать стационарные цели с заранее известными координатами на дальности до 160 км. Каждый самолет брал на борт восемь АБР, подвешиваемых на многопозиционных барабанных АКУ, размещенных в грузоотсеке. Кроме того, 12 АБР могли подвешиваться на подкрыльевых узлах. Ракеты предназначались для "расчистки" системы ПВО противника и обеспечения проникновения бомбардировщиков в район цели.
Несколько самолетов были переоборудованы в варианты GB-52G, GB-52D и GB-52F для использования при наземной подготовке экипажей. Один из бомбардировщиков был переоборудован в вариант NB-52, использовавшийся в качестве носителя экспериментального гиперзвукового самолета Норт Америкен Х-15 (первое отделение от носителя осуществлено 8 июня 1959 г.).
Следующая модель В-52D отличалась в основном исключением возможности подвески разведывательного контейнера. Всего было выпущено 170 B-52D.