在历经多轮竞争后，波音公司于1951年2月14日成功获得了为美国空军生产13架B-52A轰炸机的订单。波音公司共制造了2架原型机，第一架代号XB-52，第二架为YB-52。但因首飞前，XB-52遭遇严重事故，YB-52成为了第一架首飞的原型机，该机于1952年4月15日完成首飞。 图为试飞中的YB-52原型机，可见这时的座舱样式还采用类似B-47的气泡式座舱布局，与后来量产型的B-52区别较大。
1954 年 3 月 18 日，第一架 B-52A(52-0001 号机)被缓缓推出西雅图工厂。1953 年 6 月 30 日，美空军总参谋长的内森•特维宁将军向与会者致词，他说："线膛枪曾是过去时代的伟大武器，B-52 就是今日航空时代里的线膛枪。"注意图中量产型的B-52A已改为与后来B-52相同的并列式座舱，这是波音公司听取李梅将军的要求后，做出的改动。首架B-52A于1955年2月服役，美军为其取了"同温层堡垒"这一绰号。
