Британски пилоти също са обучавани да летят с U–2 и през 1958 г. президентът Айзенхауер убеждава министър-председателя Харолд Макмилан да бъдат използвани за полети над Съветския съюз. Първият полет на U–2, пилотиран от британци, е извършен на 24 август 1958 г.
Първоначалните предвиждания са, че U–2 ще може да лети съвсем безопасно над Съветския съюз най-малко 2 години преди руснаците да бъдат в състояние да го засекат и евентуално да го свалят. Но всички 24 полета над Съветския съюз в периода 1956–1960 г. са засечени от съветски радари. На 1 май 1960 г. U–2B, пилотиран от ФРАНСИС ГАРИ ПАУЪРС, е свален от съветска ракета SA–2 от клас земя-въздух край индустриалната част на Свердловск в Централна Русия. Пауърс е излетял от Пешевар, Пакистан, и е трябвало да прелети над Съветския съюз и да се приземи в Бодьо, Норвегия, след 9,30-часов полет, като премине 6163 км, 4670 от които над съветска територия. Самолетът е бил обстрелван от подразделение на противовъздушната отбрана, ръководено от майор М. Р. Воронов. Възможно е U–2 да е имал някакъв проблем с мотора и губейки височина, да е бил засегнат от ракета SA–2.
Самолетът на Пауърс е бил снабден с пластичен експлозив, свързан с часовников механизъм, който да бъде задействан при аварийна ситуация, преди летецът да скочи с парашут. Пауърс не успява да включи разрушителния механизъм. Той напуска улучения U–2 и при приземяването е заловен незабавно. По-късно останките на разбилия се самолет са изложени в парк Горки в Москва.
Несполучливият полет на Пауърс е извършен 15 дни преди насрочената среща на високо равнище в Париж. След инцидента съветският ръководител Никита Хрушчов настоява да получи извинение по време на срещата от президента Айзенхауер, с което предизвиква провал на самата среща и влошаване на американо-съветските отношения. След инцидента самолетите U–2 повече не се използват за полети над Съветския съюз, но продължават да летят над други райони, които представляват интерес за САЩ.
U–2 се използват непрекъснато за полети над Куба. Първият полет е одобрен лично от Айзенхауер и е извършен на 27 октомври 1960 г. През нощта на 13 срещу 14 октомври 1962 г. пилоти от военновъздушните сили започват да извършват серия полети над Куба. Самолетите U–2 разкриват нарастващото струпване на съветски оръжия на карибския остров, което предизвиква КУБИНСКАТА РАКЕТНА КРИЗА. На 27 октомври 1962 г. самолет U–2, пилотиран от майора на военновъздушните сили РУДОЛФ АНДЕРСЪН-МЛАДШИ, е свален над Куба от съветска ракета SA–2 от клас земя-въздух. Андерсън загива.
В началото на 60-те години полетите на U–2 над Китай се извършват от тайванци. През септември 1962 г. е изгубен първият самолет U–2 с тайвански пилот. По-късно Китай твърди, че противовъздушните му сили са свалили общо 9 самолета U–2 с тайвански пилоти. (Последният полет над Китай е извършен през юни 1974 г.) Самолетите U–2 на САЩ и Тайван, свалени или изгубени при катастрофи, са над 40.
Около 60 самолета от сериите U–2A/B/C са построени в периода 1955–1969 г. Този тип самолети непрекъснато се модифицират и обновяват. Последният е изтеглен от въоръжение през 1989 г. В края на 60-те години са създадени най-малко 12 по-големи и с повече възможности самолета U–2R. Те са снабдени с модерен разузнавателен радар и различни електронни сензори, както и с фотокамери. Тогава е разработена и модификацията TR–1 за тактическо разузнаване — подобен е на U–2R и е предназначен за наблюдателни полети над европейските бойни полета. От 1979 до 1989 г. военновъздушните сили пускат 27 самолета TR–1, а Националното управление за космонавтика и аеронавтика (НАСА) получава 2 подобни модела ER–1. (Самолетите TR–1 са обозначени като U–2R през 1991 г.) НАСА използва и няколко от по-ранните самолети U–2.
Докато серийните номера на U–2 са били все още секретни, вероятно са били построени около 100 самолета. Най-малко 2 U–2R за РАЗУЗНАВАНЕ В ОБЛАСТТА НА КОМУНИКАЦИИТЕ (КОМРАЗ) са били снабдени с огромни радари, монтирани на къс пилон на гърба на самолета, за да се съчетават данните от КОМРАЗ и от СПЪТНИЦИТЕ. Няколко самолета U–2 и 2 TR–1 имат място за втори пилот. Военноморският флот използва 2 самолета U–2 със специални радари, които да дават оценка на извършеното морско наблюдение, но тази програма по-късно е преустановена. Самолети U–2, снабдени със специални спирачни системи, получават възможност да действат от самолетоносачи.