Neil Armstrong
Pilot uji coba

Setelah lulus dari Purdue, Armstrong memutuskan menjadi pilot uji coba penelitian eksperimental. Ia mendaftar ke National Advisory Committee for Aeronautics High-Speed Flight Station di Edwards Air Force Base; meski mereka tidak membuka lowongan, mereka meneruskan pendaftarannya ke Lewis Flight Propulsion Laboratory di Cleveland, Ohio, tempat Armstrong bekerja di Lewis Field pada bulan Maret 1955. Karier Armstrong di Cleveland hanya beberapa bulan saja, dan pada Juli 1955, ia kembali ke Edwards AFB untuk pekerjaan barunya.
Pada hari pertamanya diEdwards, Armstrong mendapat tugas pertamanya, yaitu menerbangkan pesawat pemburu selama peluncuran pesawat uji coba yang merupakan modifikasi pesawat pengebom. Ia juga menerbangkan modifikasi pesawat pengebom tersebut, dan pada salah satu misi ini, ia mengalami insiden terbang pertamanya di Edwards. Armstrongg berada di kursi kanan Boeing B-29 Superfortress pada tanggal 22 Maret 1956, yang tugasnya melepaskan Douglas D-558-2 Skyrocket di udara. Armstrong menjadi pilot di kursi sebelah kanan, sementara komandan Stan Butchart, di kursi kiri, menerbangkan B-29.
Ketika naik ke ketinggian 30.000 kaki (9,1 km), mesin nomor empat berhenti dan baling-balingnya mulai berputar bebas mengikuti aliran udara. Meski sudah menekan tombol yang akan menghentikan putaran baling-baling, Butchart melihat baling-baling melambat dan mulai berputar lagi, kali ini lebih cepat daripada mesin-mesin lainnya; jika berputar terlalu cepat, baling-baling akan lepas. Pesawat mereka memerlukan kecepatan udara 210 mph (338 km/h) untuk meluncurkan muatan Skyrocket-nya, dan B-29 tidak dapat mendarat dengan Skyrocket terpasang di perutnya. Armstrong dan Butchart membawa pesawat turun vertikal untuk menambah kecepatan, dan kemudian meluncurkan Skyrocket. Sesaat setelah peluncuran, baling-baling mesin nomor empat lepas. Serpihannya merusak mesin nomor tiga dan menghantam mesin nomor dua. Butchart dan Armstrong terpaksa mematikan mesin nomor tiga karena rusak, dan mesin nomor dua karena torsi yang diciptakannya. Mereka turun memutar perlahan dari ketinggian 30.000 ft (9.000 m) memanfaatkan mesin nomor dua saja, dan mendarat dengan selamat.
Penerbangan pertama Armstrong dengan pesawat roket adalah pada tanggal 15 Agustus 1957 menggunakan Bell X-1B menuju ketinggian 114 mil (183,5 km). Roda pendaratan hidung pesawat patah saat mendarat, yang sudah terjadi pada 12 penerbangan Bell X-1B sebelumnya akibat rancangan pesawat. Ia kemudian menerbangkan North American X-15; Armstrong mampu menerbangkannya tujuh kali sebelum September 1962, dan pada penerbangan X-15 praakhirnya, ia mencapai ketinggian 207,500 kaki (0,063246 km).
Armstrong terlibat dalam sejumlah insiden yang terangkum dalam kabar burung di Edwards dan/atau tercatat dalam ingatan kolega-koleganya. Insiden pertama adalah penerbangan X-15 tanggal 20 April 1962, ketika Armstrong menguji sistem kendali penyesuaian sendiri. Ia terbang ke ketinggian 207,000 kaki (0 km), tertinggi sebelum terbang bersama Gemini 8, namun hidung pesawat terlalu lama dinaikkan saat turun, dan X-15 terlempar kembali ke atmosfer ke ketinggian 140.000 ft (43 km). Pada ketinggian tersebut, atmosfer begitu tipis sehingga permukaan aerodinamisnya tidak memberi efek apa-apa. Ia terbang melintasi landasan pendaratan dengan kecepatan Mach 3 (2.000 mph, atau 3.200 km/h), di ketinggian 100.000 kaki (30 km), dan mendarat 40 mil (64 km) di sebelah selatan Edwards (konon katanya ia terbang sampai stadion Rose Bowl). Setelah turun ke ketinggian yang cukup, ia memutar balik ke kawasan pendaratan, dan berhasil mendarat tanpa menabrak pepohonan Joshua di ujung selatan. Itulah penerbangan X-15 terpanjang baik dalam hal waktu dan jarak di darat.
Empat hari kemudian, Armstrong terlibat dalam insiden kedua, ketika ia terbang untuk sekali saja bersama Chuck Yeager. Tugas mereka, dengan Lockheed T-33 Shooting Star, adalah mengevaluasi Smith Ranch Dry Lake untuk dipakai sebagai situs pendaratan darurat X-15. Dalam autobiografinya, Yeager menulis bahwa ia tahu dasar sungai tidak cocok untuk pendaratan setelah hujan baru-baru ini, tetapi Armstrong memaksa terbang. Saat mereka mencoba sentuh-dan-terbang, rodanya tertanam dan mereka harus menunggu untuk diselamatkan. Armstrong memberi versi lain dari cerita ini, yaitu Yeager tidak pernah mencoba memberitahunya dan mereka berhasil mendarat di sisi timur danau. Kemudian Yeager memberitahunya untuk mencoba lagi, kali ini agak lambat. Pada pendaratan kedua, mereka terperangkap dan menurut Armstrong, Yeager tertawa terbahak-bahak.
Banyak pilot uji coba di Edwards memuji kemampuan teknik Armstrong. Milt Thompson berkata bahwa Armstrong adalah "orang yang secara teknis paling mampu dari semua pilot awal X-15." Bill Dana mengatakan Armstrong "memiliki pikiran yang menyerap segalanya seperti spon". Mereka yang pernah terbang untuk AU cenderung punya opini berbeda, khususnya Chuck Yeager dan Pete Knight yang tidak memiliki gelar teknik. Knight mengatakan bahwa pilot-teknisi terbang dengan cara yang "lebih mekanik daripada terbang sesungguhnya," dan menyebut hal ini sebagai alasan mengapa sejumlah pilot-teknisi terkena masalah: kemampuan terbang mereka tidak datang secara alami.
Tanggal 21 Mei 1962, Armstrong terlibat dalam "Skandal Nellis". Ia dikirim untuk menginspeksi Delamar Dry Lake menggunakan Lockheed F-104 Starfighter untuk pendaratan darurat. Ia salah mengira ketinggiannya, dan tidak sadar bahwa roda pendaratannya belum dikeluarkan penuh. Saat ia mendarat, roda mulai masuk kembali. Armstrong menggunakan tenaga penuh untuk tidak jadi mendarat, namun sirip ventral dan pintu roda pendaratan menghantam tanah, sehingga merusak radio dan mengeluarkan cairan hidrolik. Tanpa komunikasi radio, Armstrong terbang ke Nellis Air Force Base, melewati menara pengawas, dan menggoyang-goyangkan sayapnya sebagai sinyal pendaratan tanpa radio. Kehilangan cairan hidraulis mengakibatkan ekor pesawat lepas, dan setelah mendarat, ia memegang kabel penahan yang terhubung dengan rantai utama, dan mengulurkannya sepanjang landasan.
Perlu tiga puluh menit untuk mengosongkan landasan dan memasang kabel penahan tersebut. Armstrong menghubungi Edwards dan meminta seseorang menjemputnya. Milt Thompson dikirim dengan pesawat F-104B, pesawat berkursi dua satu-satuunya yang ada, tetapi belum pernah diterbangkan Thompson. Dengan susah payah, Thompson berhasil mencapai Nellis, namun angin lintas yang kuat mengakibatkan pendaratan keras sehingga meledakkan roda utama sebelah kiri. Landasan ditutup kembali untuk dikosongkan, dan Bill Dana dikirim ke Nellis dengan pesawat T-33 Shooting Star, dan ia hampir mendarat panjang — dan kantor operasi pangkalan Nellis memutuskan bahwa untuk mencegah masalah selanjutnya, lebih baik memulangkan awak darat ketiga pilot NASA tersebut ke Edwards.
Armstrong terbang tujuh kali dengan X-15. Ia pernah mencapai ketinggian 207,500 kaki (0,1 km) dengan X-15-3, dan kecepatan Mach 5,74 (4.000 mph atau 6.615 km/h) dengan X-15-1; ia meninggalkan Dryden Flight Research Center dengan total 2.400 jam terbang. Sepanjang kariernya, ia telah menerbangkan lebih dari 200 model pesawat.