L'appareil participe à l'opération "Enduring Freedom" de 2001, en Afghanistan. Avec sa grande autonomie, il a la capacité de voler longtemps au-dessus du champ de bataille pour fournir l'appui aérien rapproché avec l'usage de bombes guidées de précision, une mission qui aurait précédemment été limitée à un avion de chasse ou d'attaque au sol. Le B-52 participe également à l'opération "Iraqi Freedom", qui commence le en Irak. Dans la nuit du , les B-52 lancent au moins une centaine de missiles de croisière AGM-86C ALCM sur le territoire irakien. En , un B-52H convoie des missiles de croisière AGM-129 ACM de la Minot Air Force Base à la Barksdale Air Force Base dans le but de les démanteler ; il est chargé par erreur avec six missiles auxquels la tête nucléaire n'a pas été retirée. Les armes ne quittent pas la garde de l'USAF et sont sécurisées à Barksdale.