U-2共建造86架左右，初期折损率非常高，自1957年美国空军开始使用U-2后1年半内就损失了9架，截至2001年有40架严重损坏或全毁，曾多次于苏联(1次)、古巴(1次)及中国大陆(5次)上空被击落。其中一些U-2更是自损毁的飞机中取得零件建造。
从1956年到1960年对苏联领空实施了50次侦察，曾先后出现在基辅、莫斯科、明斯克、克里米亚、远东和中亚等地上空。苏联于1956年首次出动米格－17战机无功而返后，苏联领导人还不相信这一事实，并召集航空专家询问。专家回答称，世界上还没有能够飞到两万米以上高空的飞机，因此指责飞行员谎报军情。此笑话前提是飞行员在广阔的苏联领空中正巧飞到U2下方，飞行员正巧抬头仰望发现了上方空域一万米的U2，事实上56年各国机载雷达尚十分原始，米格17也仅有少量配备了雷达，苏联飞机对U2的拦截全部是地面远程雷达发现U2定位测高后，指引附近的飞机前往拦截。直到1959年底，苏联防空军才装备S－75新型防空导弹，之后又装备了飞行高度可达两万米的SU-9飞机，从而结束了西方高空侦察机在苏联领空畅行无阻的历史。
1960年U-2击坠事件
1960年5月1日，一架U-2于叶卡捷琳堡附近被SA-2防空导弹击落，飞行员加里·鲍尔斯成功弹射逃生后被俘，1962年2月10日获释。
一具U-2发动机于古巴首都哈瓦那展示
鲍尔斯座机于20000米的高度上被SA2近爆击伤，按规定程序因该关闭引擎，打开延时自爆开关，然后弹射逃生，并配有一枚藏有毒针的特制1美元硬币，以备在无法逃脱时自杀，避免被俘。但鲍尔斯并未打开自毁装置，也未弹射，而是等飞机降至约10000米后自己爬出座舱跳伞。因U2深入苏联领空的侦查任务必须由总统批准，时任美国总统德怀特·大卫·艾森豪威尔得知U2被击落后大为震怒，说“他们跟我说这是架俄国人的雷达探测不到的飞机”，随后在认为侦查设备已自毁鲍尔斯已身亡的情况下释放假信息，声明这是NASA的一架气象机，并拉NASA出来做证。1960年5月7日，时任苏联主席尼基塔·谢尔盖耶维奇·赫鲁晓夫发表了一个惊人言论：“ 我一定要告诉你们一个秘密。我在第一次报告时刻意没有说那驾驶员仍然生还，嗯……现在看看美国人说了多少的蠢话。”— 尼基塔·赫鲁晓夫。不单只是鲍尔斯生还，飞机残骸也基本上十分完好。苏联军方更成功寻回侦照的照相机，并将加利·鲍尔斯所摄的底片冲洗出来。随着这些东西能证明该架飞机的确为侦查机的事证曝光，导致以德怀特·艾森豪为首的美国政府蒙受屈辱，而也使协助“隐瞒”的太空总署的官员尴尬。而鲍尔斯的求生包也被寻回，其中包括一些女性首饰和价值7,500卢布的各国货币甚至有10枚拿破仑金币。鲍尔斯携带的藏有毒针的硬币也被识破。
1962年2月10日，鲍尔斯与克格勃上校维利亚姆·费舍尔（又名鲁道夫·阿贝尔）交换后返美。
于中国大陆上空被击落的U-2
所有于中华人民共和国被击落的U-2都隶属黑猫中队。
1962年9月9日，于江西南昌上空被击落，飞行员陈怀生被俘，送院后不治。
1963年11月1日，于江西上饶上空被击落，飞行员叶常棣被俘，于1982年11月10日获释。
1964年7月7日，于福建漳州上空被击落，飞行员李南屏殉职。
1965年1月10日，于内蒙古包头上空被击落，飞行员张立义被俘，于1982年11月10日获释。
1967年9月9日，于浙江嘉兴上空被击落，飞行员黄荣北殉职。
被地空导弹部队击毁的U-2侦察机
于古巴上空被击落的U-2
1962年10月27日，一架隶属第4080战略侦察联队的U-2于古巴上空被SA-2防空导弹击落，飞行员鲁道夫·安德逊少校身亡。
其他意外
2003年1月26日，一架U-2于韩国乌山空军基地附近坠毁，伤及地面3名韩国民众，该机全毁并对周围造成严重破坏。飞行员弹射逃生受轻伤。事件调查报告指发动机出现问题及天气恶劣导致意外。
2005年6月21日22时30分（UT）一架U-2自阿富汗执行任务后于回航途中坠毁。于事故中殉职的飞行员隶属基地位于阿布扎比宰夫拉空军基地的第380空中远征联队。空军调查认为飞机于夜间接近基地预备着陆时坠毁，当时飞机出现机械故障导致液压、主仪表显示器和内部照明失灵。令飞行员误认为发动机失效，飞机一直下降直至坠毁。
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