לוקהיד מרטין F-35 לייטנינג II
שירות בעולם > שירות בכוחות המזוינים של ארצות הברית

חיל האוויר של ארצות הברית (USAF) הוא המפעיל הגדול ביותר של ה-F-35. את המטוס מפעילים גם חיל הים של ארצות הברית (USN) וגם חיל הנחתים של ארצות הברית (המארינס או ה-USMC).
כבר בראשית שנת 2012 מטוסי ה-F-35A וה-F-35B אושרו להתחיל באימוני טיסה בסיסיים. עם זאת, חוסר בשלות במערכת באותו זמן הביא לחששות בנוגע לבטיחות וכן לדאגות מצד מנהל הבדיקה וההערכה התפעולית, מפני בדיקת לוחמה אלקטרונית, תקציב ובמקביל לבדיקה והערכה מבצעית. בשלב זה עלתה העלות הכוללת של הפרויקט ל-1.45 טריליון דולר, פי שלושה מהתכנון המקורי.
ב-10 בספטמבר 2012, למרות הבעיות שנותרו בתוכנית הבדיקות המבצעיות, ה-USAF החל בהערכת שימוש מבצעי של מטוס ה-F-35A, כולל תמיכה לוגיסטית, תחזוקה, הכשרת כוח אדם וביצוע טיסות. טיסות הערכת השימוש המבצעי החלו ב-26 באוקטובר והושלמו ב-14 בנובמבר לאחר 24 טיסות, כאשר כל טייס סיים שש טיסות.
ב-16 בנובמבר 2012, המארינס האמריקאי קיבל את מטוס ה-F-35B הראשון בשדה התעופה יומה (של המארינס).
במהלך שלב הייצור הראשוני בשיעור נמוך, שְלוש הזרועות הצבאיות של צבא ארצות הברית (חיל הנחתים, חיל האוויר והצי הימי) שיתפו פעולה בפיתוח טקטיקות ונהלים תוך שימוש בסימולטורי טיסה, בדיקות יעילות, גילוי בעיות ושיפור התכנון.
בינואר 2013 החלו האימונים בבסיס חיל האוויר האמריקאי אגלין עם קיבולת של 100 טייסים ו-2,100 אנשי תחזוקה בבת אחת. ב-8 בינואר 2015 נבחר בסיס חיל האוויר המלכותי Lakenheath בבריטניה לבסיס הראשון באירופה המכיל טייסות של מטוסי ה-F-35. הוצבו בו 48 מטוסי F-35 בשתי טייסות שנוספו לטייסות הקיימות של מטוסי F-15A ו-F-15C השייכות לאגף הקרב־48 (חלק מחיל האוויר האמריקאי הנמצא באירופה).
ב-31 ביולי 2015 חיל הנחתים האמריקאי הכריז על יכולת מבצעית ראשונית עבור ה-F-35B ברמה Block 2B (רמת מבצעיות ראשונית מוערך ב-87 אחוזי יכולת מבצעית מלאה) לאחר ניסויים מבצעיים. עם זאת, נותרו מגבלות ביכולות; פעולות לילה, תקשורת, תוכנה ושיגור נשק.
ביולי 2016 מטוסי F-35B של חיל הנחתים השתתפו בתרגיל הדגל האדום (תרגיל הבודק יכולת מבצעית) הראשון שלהם עם 67 גיחות שנערכו. ב-2 באוגוסט 2016 מטוס ה-F-35A השיג יכולת מבצעית ראשונית ברמה Block 3i (מוערך ב-89 אחוזי יכולת מבצעית מלאה).
בשנת 2017 השתתפו מטוסי F-35A של ה-USAF בתרגיל הדגל האדום, יכולת המערכת השתפרה והמטוסים השיגו בסופו של דבר יחס הפלות של 15:1 נגד טייסת של מטוסי F-16 המתמחים בקרבות אוויר-אוויר בסביבה עם איום רב.
ב-28 בפברואר 2019 השיג מטוס ה-F-35C יכולת מבצעית מלאה ברמה Block 3F (מאה אחוזי יכולת מבצעית מלאה).
עלות התפעול של ה-F-35 גבוהה יותר משל מטוסי קרב וותיקים יותר, בשנת 2018 עלות שעת טיסה של F-35A עמדה על כ-44,000 דולר.
לשם השוואה בשנת 2015 עלות שעת טיסה של מטוס ה-A-10 עמדה על 17,716 דולר, של מטוס ה-F-15 עמדה על 41,492 דולר ושל מטוס ה-F-16 עמדה על 22,514 דולר.
בשנת 2019 הוזל המחיר לשעת טיסה ל-35,000 דולר. לוקהיד מרטין מקווה שעד שנת 2025 יוזל המחיר אף ל-25,000 דולר.
חיל הנחתים האמריקאי מתכנן לפזר את מטוסי ה-F-35B בין בסיסים הפרוסים קרוב לשטח הקרב. בדומה לפריסת מטוסי ההוקר סידלי הרייר, מטוסי תקיפה בעלי יכולת המראה ונחיתה קצרה שפעלו בשירות חיל האוויר המלכותי הבריטי במלחמה הקרה, שהסתמכה על מסלולי המראה קצרים, מסתור ומחסה. ה-F-35B יפעלו מבסיסים זמניים בשטח בעלות הברית ובטווח הטילים הבליסטיים וטילי השיוט העוינים תוך שהמטוסים יועברו כל 24–48 שעות (מחזור מציאת המטרות של האויב).
האסטרטגיה הזאת נועדה דווקא למטוסי ה-F-35B בעלי טווח הטיסה הקצר ביותר מבין שלושת הסוגים. מערך ה-F-35B הזה ילווה בנקודות תדלוק וחימוש ניידות (M- Farbs) המאוכלסות במטוסי KC-130 ו-V-22 Osprey לצורך חידוש ותדלוק המטוסים. נקודות אלו יוכלו להתבסס על שדות תעופה קטנים, כבישים רב-נתיביים או בסיסים ראשיים פגומים. כמו כן יוקמו נקודות הפצה ותיקון בחופי הים.
בספטמבר 2018 נערכה תקיפה מבצעית ראשונה של מטוס F-35B, שהמריא מאוניית סער אמפיבית "אסקס", ותקף יעד של טליבאן באפגניסטן. באותו חודש התרסק לראשונה מטוס F-35B בתאונת אימונים. בעקבות כך, ב-15 באפריל 2019 נפרסו מטוסי קרב של חיל האוויר האמריקאי בבסיס האווירי א-ט'פרה (אנ'), באיחוד האמירויות הערביות. ב-27 באפריל 2019 שימשו לראשונה מטוסי F-35A בלחימה בתקיפה אווירית על רשת מנהרות של המדינה האסלאמית בצפון עיראק.