После утверждения проекта прямокрылого D-558-I фирма приступила к постройке первого экземпляра самолёта. Полная стоимость программы составляла почти 7 миллионов долларов. У моряков таких денег не было, и Бюро авиации флота пришлось наполовину уменьшить заказ, оплатив постройку только трёх самолётов.
Фюзеляж типа монокок из алюминиевого сплава с защитным покрытием рассчитывался на максимальную перегрузку 13д. Исследовательское оборудование массой 288 кг разместили сразу за кабиной пилота, а по всему размаху крыла расставили датчики давления воздуха, поступавшего через 400 отверстий, просверлённых в обшивке.
Силовая установка состояла из одного ТРД Allison J35-A-23 тягой 1820 кгс. Двигатель проектировался фирмой General Electric и ранее обозначался TG-180.
Построенный самолёт производил неизгладимое впечатление. Обшивка его была покрыта красной эмалью и тщательно отполирована. 14 апреля 1947 года лётчик-испытатель фирмы Douglas Юджин Мэй поднял первый экземпляр самолёта в воздух — это был самолёт с заводским номером 37970, предназначенный для полётов в интересах фирмы Douglas и ВМС. Ну а для учёных NACA строились второй и третий D-558-I с номерами 7971 и 37972.
После полёта лётчик отметил странное поведение турбореактивного двигателя. После подачи РУДа вперёд двигатель очень медленно набирал обороты и развивал недостаточную тягу. 21 апреля после проверки силовой установки состоялся второй полёт, однако ситуация повторилась. Лётные испытания пришлось прервать и обратиться к специалистам из фирмы General Electric. Те внимательно изучили двигатель и не нашли никаких дефектов. Один из инженеров предположил, что виновником может быть топливная система, точнее — недостаточное давление в системе подачи топлива. Давление в баках решили повысить за счёт набегающего потока воздуха. Для этого на концах крыла установили две штанги, через которые воздух поступал в полость баков. На доработки ушло около месяца.
Последующий полёт показал, что работа двигателя наладилась, но неприятности на этом не прекратились — в очередном полёте на борту возник пожар. Немедленно развернув машину, Мэй повёл D-558-I на посадку. На пробеге у него вышли из строя тормоза, и только сверхдлинная полоса на базе Мюрок (на дне высохшего озера) спасла самолёт и пилота. Инженеры опять принялись за работу. Причины происшествия были выявлены сразу: неправильное подключение электрических проводов и неисправность в гидравлической системе привода тормозов колёс.
После ремонта D-558-I совершил пять успешных полётов, и на этом закончилась первая фаза лётных испытаний.
К программе начали подключать и других пилотов. По их отзывам, машина прекрасно управлялась и имела изумительную скороподъёмность — высоту 3048 м (10 000 футов) она набирала всего за одну минуту. Все замечания лётчиков-испытателей относились к особенностям компоновки кабины. Главным недостатком они считали плохой обзор на посадке — чтобы разглядеть полосу, пилоту приходилось изо всех сил вытягивать шею, а оценив ситуацию, буквально «нырять» в кабину и смотреть на приборы. К тому же ширина кабины составляла всего полметра, что также не добавляло лётчику оптимизма во время полёта: теснота могла даже вызвать приступ клаустрофобии.
Запаса топлива в 870 л хватало лишь на полчаса полёта. Когда для выполнения всей программы требовалось времени больше — на торцы крыла подвешивались дополнительные топливные баки ёмкостью 190 литров, которые пилот сбрасывал после набора высоты.
Главные неприятности начались с переходом к скоростным полётам. Как только D-558-I превышал скорость, соответствующую числу М=0,75, его начинало трясти, а нагрузки на органы управления многократно возрастали. Голова лётчика, облачённая в стальной шлем, билась о фонарь, при этом на оргстекле появлялись многочисленные царапины. После нескольких таких полётов лётчики стали оклеивать шлем кусочками тонкой кожи.
Несмотря на все трудности, программа исследований обтекания крыла при трансзвуковых скоростях продвигалась довольно быстро. Уже через четыре месяца после первого полёта, 20 августа 1947 года, пилот ВМС Тернер Колдуэлл установил новый мировой рекорд скорости — 1030,95 км/ч. Предыдущее достижение принадлежало пилоту из ВВС Альберту Бойду, который смог разогнать XP-80R Shooting Star до 1003,6 км/ч. Результат Колдуэлла продержался четыре дня и был перекрыт в очередном полёте второго D-558-I №37971. На этот раз отличился Мерной Карл из авиации Морской пехоты. Его рекорд — 1047,33 км/ч держался ещё потом целый год. Перед выполнением рекордных полётов конструкторы Douglas заменили на самолёте фонарь. Для повышения прочности каркас его выполнили из металла. При этом обзор из кабины ещё более ухудшился.
Демонстрация первых двух самолётов D-558-I представителям ВМС и NACA
Пилот Eugene P. May у самолёта D-558-I
После рекордных полётов Юджин Мэй продолжил исследования высоких скоростей. Перед ним поставили задачу создать максимально возможные нагрузки на конструкцию. Мэй набирал высоту 12 000 м и пикировал до 9000 м под углом 2 — 3 градуса, постепенно добираясь до числа М=0,85. Всего было совершено около 10 подобных полётов. В пяти из них использовались подвесные топливные баки.
29 сентября 1948 года Мэй на D-558-I № 37970 преодолел звуковой барьер в пикировании под углом 35 градусов. Это был первый и последний сверхзвуковой полёт D-558-I. Полёты первого опытного экземпляра самолёта продолжались вплоть до апреля 1949 года, после чего машину списали и использовали как источник запасных частей для третьего опытного образца. Всего на нём совершили 101 полёт. В настоящее время его восстановленный планёр выставлен в Национальном музее морской авиации США.
Второй экземпляр D-558-I, оснащённый большим количеством контрольно-измерительной аппаратуры, предназначался для исследований в интересах NACA. В ноябре 1947 года, после 27 полётов, осуществлённых пилотами фирмы Douglas и ВМС, самолёт передали на авиабазу Мюрок. 25 ноября 1947 года лётчик NACA Говард Лилу совершил облёт самолёта. Лилу принимал активное участие в программе Х-1 и был третьим пилотом, преодолевшим звуковой барьер на этом самолёте. Последующие испытания машины изобиловали многочисленными отказами и неисправностями различных систем. Самым серьёзным происшествием на этом этапе был пожар в воздухе 14 апреля 1948 года.
3 мая 1948 года Говард Лилу должен был осуществить очередной девятнадцатый полёт. Вскоре после отрыва от полосы, на высоте 45 метров, разрушился компрессор двигателя. Разлетающиеся в стороны лопатки компрессора перебили тяги управления и трубопроводы топливной системы. Наблюдатели с земли сообщили, что за машиной потянулся чёрный шлейф дыма. Лилу потерял управление и на скорости 400 км/ч врезался в землю. Система спасения с отделяемой кабиной не рассчитывалась на такие маленькие высоты, и у лётчика не было шансов остаться в живых.
Экспериментальный самолёт D-558-I. В конце 1944 года фирма Douglas получила заказ на разработку экспериментального самолёта с турбореактивным двигателем. Основной целью этого проекта было получение сведений об аэродинамических нагрузках, устойчивости и управляемости летательного аппарата на трансзвуковых скоростях. Эти данные должны были дополнить информацию, получаемую в ходе выполнения программы испытаний сверхзвукового самолёта Х-1. В соответствии со спецификацией, разработанной NACA (Национальный консультативный комитет по аэронавтике) самолёт должен был взлетать с аэродрома, набирать высоту от 6000 до 10 600 м, в течение 10 минут выполнять полёт на околозвуковой скорости, а затем возвращаться на аэродром.