Программа полетов У-2 над территорией СССР была начата в 1956 году, и в течение четырех лет ей ничто не мешало. Эту программу считали самым успешным планом ЦРУ. В 1960 году, уже после окончания полетов, министр обороны Томас Гейтс выступал перед Комиссией сената по международным отношениям. В своей речи он сказал: «Мы потеряли… важный источник информации, которую нам придется добывать другими методами». По его словам, это была информация об «аэродромах, самолетах, ракетных базах, испытательных полигонах, производстве подводных лодок, атомных разработках. Наша военная программа строилась с учетом результатов разведки».

Гейтс также сказал, что полеты У-2 были средством от внезапного нападения русских: «Полеты позволяли судить о готовности русских к началу такого нападения. Авиаразведка сообщала о важных промышленных объектах, о производстве. Мы знали о расположении военных объектов, то есть это был как бы взгляд на их военное положение. Создавалось впечатление, что они вооружены гораздо лучше, чем об этом известно».

Гейтс признал, что полеты У-2 давали «лучшую информацию». Для обеспечения секретности операция проходила под прикрытием программы по изучению погоды, которую проводило НАСА. Самолеты У-2 закупали ВВС и затем передавали НАСА для проведения научной работы. В это время Аллен Даллес встретился с двумя членами нижней палаты конгресса, чтобы предупредить их о скрытом финансировании этой программы.

Эскадрилья У-2, состоявшая из трех самолетов, была сформирована на базе Уотертаун-Стрип в Неваде в 1956 году, ее назвали 1-й эскадрильей воздушной метеорологической разведки. Эскадрилья проводила измерения воздушных потоков на больших высотах. Время от времени пресс-центр НАСА публиковал материалы, которые не относились к разряду секретных.

В мае 1956 года НАСА объявила о переносе программы в Европу, и У-2 были размещены на базах американских ВВС в Великобритании и Германии. Однако не сообщалось о существовании еще двух баз для У-2 — в Турции и Японии.

Это был начальный период разведывательных полетов У-2, и, учитывая небольшое количество самолетов, участвовавших в них, риск был очень велик. Двое из семи пилотов, нанятых ЦРУ, погибли уже в первый год полетов, еще одному удалось спастись при крушении самолета. Первое происшествие произошло в феврале 1956 года. В кабине У-2, проходившего испытания над Невадой, возник пожар. Пилот, Роберт Эверетт, смог опустить самолет до высоты 30 000 футов (10 км) и катапультировался. 17 сентября погиб Говард Кэри, его самолет разбился в шестидесяти милях от базы в Западной Германии. В апреле 1957 года погиб Роберт Л. Сикер, его самолет разбился в пустынной области штата Невада. Еще один пилот из этих семерых, Брюс Грант, получил повреждение мозга в результате кислородного голодания во время полета на высоте 30 км.

У-2, которые занимались изучением погоды в Европе, Турции и Японии, были улучшенной модификацией первых моделей. На них стоял более мощный двигатель, «Прэтт и Уитни Дж75». Увеличились высота и дальность полета (маршрут Пауэрса был 3400 миль (5440 км) по протяженности при высоте полета 70 000 футов (21 км)). В нижнюю часть фюзеляжа было встроено семь панорамных фотокамер, которые работали постоянно благодаря использованию вращающейся призмы. Полностью автоматические камеры настраивались заранее, движение пленки синхронизировалось со скоростью самолета, что позволяло получить более качественные снимки. На новых моделях У-2 стоял магнитофон, который записывал сигналы от радаров, находящихся в зоне полета. Кроме этого, за кабиной летчика монтировалась взрывчатка, детонатор которой приводился в действие из кабины пилота. Специальный механизм позволял летчику катапультироваться. Количества взрывчатки хватало на то, чтобы уничтожить весь самолет.

Укомплектованные всем этим оборудованием, эскадрильи У-2 начали выполнять свою задачу, которая не имела ничего общего с изучением погоды. На базу ВВС США в Турции таинственное подразделение «10/10» прибыло в начале 1956 года. Пилоты этой эскадрильи жили отдельно, держались в стороне от других летчиков. Об их темно-серых самолетах без обозначений ничего не было известно.

Когда летчиков спрашивали, на кого они работают, они отвечали, что они работают в НАСА. Странным казалось то, что самолеты летали только тогда, когда погода была хорошей, хотя все знали, что НАСА собирает данные по воздушным потокам при любых погодных условиях. Жители Аданы, города около базы, скоро привыкли к серым самолетам с огромными крыльями, но все вопросы об их конструкции или задачах оставались без ответа.

Несмотря на все попытки сохранить операцию в секрете, русские войска ПВО засекали самолеты во время их полетов около границы. Обычно маршрут У-2, базировавшихся в Турции, начинался с полета к озеру Ван, находящемуся около турецко-иранской границы. Затем самолет летел к Тегерану, а оттуда в район города Мешхед, который находится у границ СССР, Ирана и Афганистана. Затем полет проходил над границей СССР с Афганистаном, причем пилоты практически не нарушали воздушное пространство Советского Союза. После этого самолет возвращался на базу.

Эти полеты, которые фиксировались советскими радарами, были хорошей подготовкой к полетам над территорией СССР. В это же время У-2, располагавшиеся в Германии и Великобритании, изучали «погоду» в балтийском регионе. Один из полетов состоялся через день после того, как из Москвы отбыл Натан Ф. Твининг, начальник штаба ВВС США, энтузиаст разведывательных полетов У-2. Твининг уехал из Москвы 30 июня, познакомившись до этого с мощью советской авиации. Через десять дней советское руководство направило американцам ноту протеста, в которой требовало прекращения полетов американских самолетов над территорией СССР в области Балтийского моря.

Государственный департамент настаивал на том, что над советской территорией не пролетал ни один военный самолет, а сама нота служила поводом для ухудшения международных отношений. Автор статьи, опубликованной в газете «Советская авиация», одной из газет Министерства обороны, отмечал, что это «нарушение границ совпало с пребыванием в Западном Берлине генерала Твининга».

Хрущев выразил ту же самую мысль в своей речи в посольстве Чехословакии 9 мая 1960 года: «Когда Твининг приехал к нам, его приняли как гостя. Он уехал из СССР и на следующий же день прислал самолет, летевший над нашей территорией на большой высоте. Этот самолет долетел до Киева». Затем Хрущев употребил одну из своих любимых фраз: «Все, с чем можно сравнить Твининга, так это с животным, которое делает свои грязные дела там, где ест».

Таким образом, уже с самого начала полетов У-2 Советский Союз знал о нарушении своего воздушного пространства, но только через два года стало известно, что эти полеты имеют связь с самолетами, изучающими погоду. В мае 1958 года газета «Советская авиация» сообщала, что ГРУ начало изучать полеты У-2, так как на этих самолетах «не было никаких обозначений, по которым можно было бы определить их миссию». В статье говорилось, что в разнообразные задачи У-2 входила и стратегическая разведка.

У-2 вызывали интерес во всех странах, где они базировались. Английский журнал «Флайт мэгэзин» опубликовал снимок самолета, якобы У-2, но на фотографии была видна только летящая в небе черная капля с крыльями. Японцам повезло гораздо больше, и именно редактору одного из японских журналов удалось раскрыть тайну У-2.