Dès son arrivée à Edwards, deux jours après le "roll-out", le premier X-15 rejoignit le hangar de North American au centre dressais en vol. L'avion serait réceptionné par l'Air Force lorsqu'il aurait été démontré par une série limitée de vols d'essais, qu'il répondait au cahier des charges.

Ces vols constructeur qui incombaient au pilote d'essais de North American, A. Scott Crossfield, ne prévoyaient pas de pousser le X-15 en dehors d'un domaine de vol connu. L'extension des performances hypersoniques, au-delà des records de vitesse et d'altitude établis en 1956 par le Bell X-2 (Mach 3,19 et 38 376 m), se ferait avec les pilotes officiels de l'USAF ou de la NASA.

Le programme prévu par l’avionneur comprenait quatre étapes. Deux vols captifs au cours desquels le X-15 resterait solidaire de l'avion-mère NB-52, pour qualifier l'association des deux appareils dans les domaines de l'aérodynamique et des systèmes, vérifier les équipements et les calibrer, et mettre au point les séquences de largage et de vidange rapide des réservoirs de propergols.

La deuxième étape, courte mais décisive, correspondrait au premier vol libre, non propulsé, du X-15, qui apporterait des informations sur le comportement de l'avion aux basses vitesses, en approche et à l'atterrissage. Dans un troisième temps viendraient les vols libres propulsés avec les moteurs intérimaires XLR-11, pour atteindre les performances maximales fixées pour la démonstration (Mach 2+, 30 000 m d'altitude).

Enfin, la quatrième étape serait la mise en oeuvre du XLR-99 et aurait pour objectif principal la qualification en vol de ce gros moteur. Pour éviter tout retard, et pour tirer le meilleur parti des trois exemplaires du X-15, il avait été décidé que les n° 1 et 2 (numéros de série 56-6670 et 56-6671, livrés respectivement le 17 octobre 1958 et le 10 avril 1959) seraient motorisés par des XLR-11, puis réaliseraient l'essentiel des vols constructeur puis les premiers vols expérimentaux, avant d'être remotorisés en XLR-99.

Quant au n° 3 (n° 56-6672), il serait directement équipé du gros moteur et permettrait à Crossfield de terminer sa prestation à la fin de 1959. Malgré tous les efforts, le calendrier glissa dès la première étape du programme. Prévu pour les premiers jours de janvier 1959, le premier vol captif fut décalé de semaine en semaine jusqu'au 10 mars 1959. A l'origine de ce retard, deux causes principales : d'abord, l'arrivée tardive et en ordre dispersé de plusieurs équipements du X-15, comme, par exemple, les APU qui ne furent livrés par General Electric qu'en janvier 1959.

Après contrôle, il avait fallu les installer, puis les réessayer, avec, naturellement, tout un lot de problèmes. D'ailleurs, pannes et réglages minutieux se succédaient aussi sur des systèmes aussi différents que le SAS ou la radio. La deuxième cause du glissement du calendrier était l'exploitation du X-15 en elle-même.