到达巡航高度后，助推火箭被抛弃，飞行所需推力由冲压发动机提供，保持平飞。无人机速度可用发动机喷油量调节推力来控制。ADC系统可预先设定航迹并以预定M数飞行。一旦到达目标区上空，照相机开始工作，到预定时间关掉，然后返航。
据近年来出版的马杰三将军回忆录记载，1971年美军“高度3万3，速度3千3”的最新型无人驾驶高空侦察机，失控坠落在云南西双版纳森林里。由于热带雨林的缓冲作用，飞机残骸保存相对完好，成为中国方面价值极高的战利品。
中国方面缴获D-21残骸后，多年对其进行保密，美国方面也未公开相关历史，因此这段历史近年来才真相大白。
在抵达INS确定的预计回收地点后，无人机减速下滑。在约18000米高度，爆炸螺栓点火，设备舱被弹出。冲压发动机将停车，无人机继续滑行直到坠海或自行炸毁。
设备舱弹出后，先自由坠落到约4572米的高度，然后逐一打开减速稳定伞和主伞，缓慢下降。这时应该有1架执行特种任务的JC-130B飞机在附近飞过来用尾钩将伞绳钩住，把它拉放到飞机货舱里，运往指定地点。当年我国捡到的所谓飞行员"帽子"其实是减速稳定伞的包装伞衣。
