Początkowe problemy i olbrzymia jak na owe czasy cena (3,6 miliona USD) nie pozwoliły na wprowadzenie ich do służby przed rokiem 1951. Rola tych maszyn była dużo mniejsza niż pierwotnie zakładano. Wiązało się to z przyjętym układem napędowym (zasadniczy napęd stanowiły silniki gwiazdowe), co ograniczało osiąganą prędkość oraz pułap bombowca, dlatego w późniejszych wersjach zamontowano dodatkowo 4 silniki turboodrzutowe mające wyeliminować te wady. Produkcja B-36 zakończyła się w 1954 roku – zmontowano ogółem 388 egzemplarzy. Do końca roku 1959 wszystkie B-36 zostały zastąpione przez nowocześniejszy odrzutowy bombowiec Boeing B-52 Stratofortress.
Pierwszy seryjny egzemplarz B-36A trafił do SAC (Strategic Air Command – Dowództwo Lotnictwa Strategicznego) nowo utworzonych Sił Powietrznych USA (USAF) 26 czerwca 1948 roku. Lotnictwo otrzymało jedynie 19 nieuzbrojonych B-36A, przeznaczonych do szkolenia załóg. Jako pierwsze przezbrojono w nie dywizjony: 492, 9 i 436 z 7 Grupy Bombowej 7 Skrzydła Bombowego w bazie Carswell na lotnisku Fort Worth. Następnie otrzymały je dywizjony: 26, 42 i 98 z nowo sformowanej 11 Grupy Bombowej 7 Skrzydła w Carswell.
W dniach 10-12 marca 1949 roku B-36B wykonał lot trwający 43 godziny 37 minut, zrzucając 4,5 t bomb na poligonie w Zatoce Meksykańskiej.