W sumie wykonano czternaście manewrów przejścia z lotu pionowego do poziomego. 29 lipca 1964 roku samolot przekroczył po raz pierwszy barierę dźwięku (maszyna osiągnęła 1,04 Ma) stając się w ten sposób pierwszym samolotem typu VTOL, który tego dokonał. 14 września 1964 roku pierwszy prototyp uległ rozbiciu. 27 października 1964 oblatano drugi prototyp oznaczony jako VJ 101C X-2 (D-9518). 12 czerwca 1965 roku samolot wykonał pierwszy manewr pionowego startu i lądowania a 22 października tego samego roku, pierwsze przejście z lotu pionowego do lotu poziomego. Drugi prototyp miał posłużyć do przetestowania użycia dopalacza, pozwalającego uzyskać zakładaną prędkość ponad dźwiękową. Okazało się, że użycie dopalacza podczas pionowego startu lub lądowania może powodować odbijanie się gorącego powietrza od nawierzchni i ponowne zasysanie go przez silniki a tym samym zmniejszanie sprawności ich działania. W 1968 roku cały program został zakończony. Prototyp X-2 ponownie wzbił się w powietrze w grudniu 1970 roku, testowano na nim układ aktywnego sterowania przeznaczony dla samolotu Panavia Tornado.