Do tego samego standardu na początku 1961 roku zmodyfikowano jeszcze dwa powietrzne tankowce o numerach 59-1465 i 59-1514. Maszyny brały udział w misjach rozpoznawczych, między innymi w dwóch akcjach prowadzonych przez Centralną Agencję Wywiadowczą (Central Intelligence Agency) o kryptonimach Iron Lung oraz Briar Patch (brały w nich udział tylko dwa pierwsze KC-135R). Samoloty posłużyły również do sprawdzenia w warunkach bojowych przydatności samolotu do pełnienia tego typu roli. W sumie wprowadzono do akcji pięć KC-135R, które służyły w 55 Rozpoznawczym Skrzydle Strategicznym do 1976 roku. Pierwszą maszyną o oznaczeniu RC był RC-135A, samolot służący do wykonywania zdjęć lotniczych. Były to cztery samoloty C-135, w kadłubach których zamontowano aparaty fotograficzne. Tak przygotowane maszyny trafiły do 1370 Skrzydła Fotogrametrycznego (1370th Photo Mapping Wing) stacjonującego w Turner Air Force Base. Ich zadania szybko zostały przejęte przez satelity wykonujące zdjęcia powierzchni ziemi i w 1972 roku samoloty wróciły do 55 Skrzydła gdzie pełniły zadania transportowe do 1978 roku, kiedy to zmodyfikowano je do pełnienia roli latających tankowców pod oznaczeniem KC-135D. W 2005 roku wszystkie RC-135 poddano gruntownej modyfikacji.