试验当天，X-51飞行器由一架B-52飞机携带飞至发射点后放飞，火箭推进器成功将X-51的速度推进至5马赫，即5倍音速，约1.7公里每秒。之后，本次试验的重点超燃冲压发动机，以乙烯为初始燃料成功点火。但随后转而使用JP-7碳氢燃料时，进气道未能启动，本次试验宣告失败。在操作人员的控制下，X-51飞行器落入加利福尼亚沿海。