Samolot latał na trasie z Dover Air Force Base do Islandii. 19 marca 1957 roku maszyna po raz ostatni wzbiła się w powietrze. W 1955 roku rozpoczął się proces wprowadzanie do linii maszyn Boeing B-52 Stratofortress, a tym samym wycofywania B-36. Tym samym utrzymywanie pojedynczego XC-99, który będąc w służbie cały czas miał status prototypu przestało być ekonomicznie uzasadnione. Tym bardziej, że po wojnie w Korei siły powietrzne nie widziały już potrzeby posiadania tak dużej maszyny transportowej i nie podjęły decyzji o uruchomieniu jej produkcji seryjnej. Podczas swojej służby samolot wylatał 7430 godzin przewożąc w sumie 27 215 ton ładunków.
Zabytek 6 listopada 1957 roku maszyna po zdemontowaniu części wyposażenia przekazana została organizacji Disabled American Veterans, która przejęła na siebie utrzymanie maszyny. Samolot umieszczono w Kelly Air Force Base, ale w części pozalotniskowej i udostępniono zwiedzającym. Koszty utrzymania XC-99 okazały się za duże jak na możliwości organizacji i w 1976 roku wrak maszyny stał się własnością San Antonio Memorial Air Museum. Plany budowy specjalnego hangaru, w którym eksponowano by maszynę i poddawano zabiegom konserwacji, z powodów ekonomicznych również nie doszły do skutku i w 1980 roku XC-99 ponownie zmienił właściciela.