Boeing et Convair étaient alors en compétition pour remporter le nouvel appel d'offre de l'US Air Force. Convair, qui avait un avantage car son B-36 était déjà en service, présenta son YB-60 et Boeing son Model 464. Boeing remporta le concours et le prototype XB-52 effectua son premier vol le 15 avril 1952. Le B-52 entra en service au sein du SAC au cours de l'année 1955. Bien qu'il représentait une avance considérable par rapport au B-47 en terme de charge utile (plus de 13 tonnes), sa vitesse était sensiblement équivalente. Qui aurait pu dire en 1955 que ce bombardier serait encore en service de nos jour !

Du point de vue technique, le B-52 ressemblait beaucoup à son prédécesseur : une aile en flèche haute et effilée mais avec cette fois-ci huit turboréacteurs montés deux par deux en nacelles. Le train était composé de 4 fois deux roues montées par paire sous le fuselage et de balancines aux extrémités de la voilure pour la stabilité latérale. Les boggies du train étaient orientables de 20 degrés de part et d'autre de l'axe pour les atterrissages par vent de travers.  Le XB-52 (de même que le YB-52) avait la particularité d'avoir un cockpit en tandem, configuration qui fut plus tard abandonnée . Les trois premiers avions de série B-52A restèrent entre les mains de Boeing, qui les utilisa à des fins expérimentales, de développement et d'améliorations.

C'est le B-52 qui donna réellement ses lettres de noblesses au SAC car avec ses 20 000 km de distance franchissable il pouvait s'affranchir des bases européennes nécessaire à son prédécesseur pour aller frapper le sol soviétique depuis le centre des USA. De plus, le ravitaillement en vol offrait désormais des capacités plus grandes encore.  Le B-52 fut décliné en plusieurs versions : le B-52B, B-52C, B-52D (170 avions avec un système de contrôle de tir amélioré pour les quatre mitrailleuses de 12,7 mm dans la queue), B-52E (100 avions avec un système de navigation et d'attaque plus avancé et un nouvel aménagement du compartiment équipage), B-52F (89 avions avec la dernière version du moteur J57, muni comme les précédentes du système d'injection d'eau pour augmenter la puissance au décollage), le B-52G (193 avions du modèle définitif propulsé par turboréacteur) et le B-52H (102 avions de ce modèle de production finale propulsé par des turboréacteurs à double flux et avec une avionique optimisée pour la navigation et l'attaque à basse altitude).

Au cours des années 50, l'émergence d'une nouvelle génération d'intercepteurs de l'autre coté du "rideau de fer" capable de vitesse toujours plus importante mais surtout capable de voler par tous les temps (tout du moins en théorie) contraignit le SAC à réviser la procédure d'utilisation de ces bombardiers alors en service. C'est ainsi que naquit le concept dit "à profil partagé" : l'aller et le retour se faisant à haute altitude et faible vitesse pour économiser le carburant et ainsi garantir un rayon d'action suffisant tandis que l'approche et l'attaque de l'objectif se ferait à vitesse supersonique (Mach 2). Ni le B-47 ni le B-52 n'étaient capable de vitesse supersonique. C'est alors que fut émise une fiche programme visant à doter le SAC d'un nouveau bombardier supersonique capable de mener ce genre d'attaque ... le Hustler.