Das Flugzeug wurde ursprünglich als leichter Bomber und später als Fotoaufklärer eingesetzt. In der USAF verwendete man die B-57 unter anderem als Bodenangriffsflugzeug Martin B-57G im Vietnamkrieg. Andere Einsätze fanden während der Suez-Krise 1956 und im malayischen Bürgerkrieg durch die RAF sowie in den Kriegen zwischen Äthiopien und Eritrea bzw. Somalia, in den Indo-Pakistanischen Kriegen und in den „Buschkriegen“ Rhodesiens und Südafrikas statt. Eine für den Höheneinsatz modifizierte Version stellte 1957 mit 21.430 m einen Höhenweltrekord auf und diente der USAF vor der Indienststellung der Lockheed U-2 zu Spionageflügen über China und der Sowjetunion.