第一架正式生产型B-58（生产编号59-2428，第31架B-58（于1959年春离开康维尔的生产线，不过B-58在试飞时还有很多的问题没有解决，同年7月14日，资金问题迫使战略空军只好削减B-58的定购数量至148架，此时康维尔已经开工全力组装B-58的正式生产型，每月产量为6架。而五角大楼对 B-58的进展十分的不满，因为B-58的许多性能还没有达到原先的设计要求，而且维护和发动机问题还没有得到很好的解决。按照乐观的估算，美军在 1961财年将为订购的118架B-58支付超过30亿美元的金额，也就是说最乐观的估计，每架B-58的价格已经超过和其机身等重的黄金的价值了。
1959年和1960年B-58的事故率相当的高，以至于战略空军司令部拒绝接受该机，而且虽然B-58早已经出厂，但结合了资金短缺、其他武器系统的竞争另外还有B-58自身的技术等一系列的原因使得该机交付作战部队迟迟无法实现，SAC原计划打算1960年6月就让B-58装备作战部队，但鉴于该机的状况，第一支B-58轰炸机连队恐怕要到1961年初才能成军。
随后B-58轰炸机联队的驻地选择也正式开始，经过比较，卡斯维尔基地和邦克山基地由于建有维修厂棚而被选为先期两个B-58联队的驻地，第三基地选址经过多方讨论比较，最后选定为阿肯色州的利特尔洛克基地，在这些基地扩建和整修的时候，配属这些基地的KC-135加油机也开始订购。
1960年1月，美国空军正式宣布了第一个装备B-58的轰炸机联队即第43轰炸机联队，下辖63轰炸机中队，64轰炸机中队，65轰炸机中队，联队暂驻扎于戴维斯-墨松基地，2个月后，联队正式迁往卡斯维尔基地。同年8月1日，美国空军正式宣布B-58进入空军服役，编号为59-2436的B-58携带全套装备在命令宣布后不久降落于卡斯维尔基地，正式交付第43轰炸机联队。
第二支装备B-58的联队是第305轰炸机联队，驻地为邦克山空军基地，下辖364轰炸机中队，365轰炸机中队，366轰炸机中队。1961年1月9日正式对外宣布番号，同年5月11日，第一架B-58A降落在邦克山基地的跑道上，第305联队于次年8月宣布进入战备值班。
被B-58技术问题困扰的第43轰炸机联队在经过长时间的停飞、整修后于1962年宣布进入战备值班。
但就在B-58不断创造世界纪录时，SAC却被告知B-58的定购数量将会下降，原定于1962财年订购的30架B-58将被取消，由此造成的轰炸机空缺由B-47延迟退役填补。原因是B-58实在太贵了，单机的价格已经上升到了1400万美元，是B-52G的三倍，而且美军已经在上马B-70项目，性能更加先进，价格也更为合理的B-70是美军下一代的轰炸机，B-58将和B-70争夺有限的资金。
B-58的服役时间相当的短暂，1965年12月，当时的美国国防部长罗伯特·迈克纳马拉宣布B-58开始退出美军现役，他认为B-58的高空高速性能已经无法有效撕开前苏联严密的防空网。随即，该机的后续机种FB-111A上马。FB-111A和民兵弹道导弹、北极星潜射弹道导弹的改进，另外还有B-52轰炸机的继续升级，这些已经足够应付美国空军当时的战略轰炸需要，昂贵的B-58到了退役的时候了。而战略空军司令部方面，虽然B-58的高耗油率造成该机的航程十分的有限，但花了这么大力气搞出来的B-58在其他性能方面是无可挑剔的，因此，SAC向国防部强烈要求保留B-58，至少到1974年，但美国国防部最终的决定是1965年。
当然美国国防部提前让B-58退役也有说不出的苦衷，和B-52相比，B-58的不光研制、制造经费惊人，而且使用费用也相当的可观，一架B-58如果包括机组成员的装备、地面设备等算起来总价值可以达到3350万美元，而B-52只须900万美元，B-47更是只要300万美元，维持两个B-58联队的费用和6个B-52轰炸机联队相当，这些都是国防部一直在考虑的问题。而更令五角大楼头痛的问题是，康威尔总共制造了116架B-58，其中有26架坠毁，部分是是由于一些机组成员的粗心大意造成的。但是这些坠毁事故导致B-58在美国空军和战略空军司令部高层的印象中是一种好看但也是不太可靠的轰炸机，替换在所难免。
1969年10月27日，美国国防部长莱尔德宣布关闭几处空军基地，这其中就有邦克山基地，这些基地的关闭也意味着原先驻扎在此的B-58联队彻底的解散。
第一架被送至有飞机坟场之称的戴维斯空军基地的B-58是59-2446，时间是1969年11月5日，随即，B-58的转移速度逐渐加快，305轰炸机联队于1970年1月16日转移了最后2架B-58，这是最后2架B-58，305联队的飞行员含着眼泪驾驶着B-58飞向其最后的目的地。
至1970年1月底，所有的B-58A和TB-58A除了有部分被博物馆收藏外其余全部转移至戴维斯基地封存，80余架B-58在此接受风吹雨淋了数十年后，拆除了所有的装备，一代名机随即推出了历史舞台。
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