Projekt zakładał wyniesienie płatowca na wysokość 15 000 metrów pod skrzydłem Boeinga B-52 Stratofortress. Po uwolnieniu maszyna miała zostać rozpędzona do wstępnej prędkości rzędu Ma=4,5 przez silnik rakietowy na paliwo stałe używany w MGM-140 ATACMS. Po zużyciu paliwa i odrzuceniu bezużytecznego już pierwszego silnika do akcji włączany był silnik strumieniowy SJY61 z naddźwiękową komorą spalania i zasilany paliwem JP-7. Etylen zapewniał zapłon silnika. Jednostka SJY61 posiada system aktywnego chłodzenia, polega on na tym iż paliwo JP-7 przed wtryskiem do komory spalania krąży, cyrkuluje wokół silnika, przyjmując jego ciepło. Dopiero w ten sposób podgrzane wtryskiwane jest do komory spalania. X-51 dysponował zapasem 120 kg paliwa JP-7. Testy naziemne samolotu rozpoczęły się pod koniec 2006 roku. Badani obejmowały próby w tunelu aerodynamicznym w zakresie prędkości od Ma=4 do 6. thumb|left|Boeing X-51 Waverider pod skrzydłem B-52 Pierwszy lot X-51 odbył się 26 maja 2010 roku nad poligonem morskim Naval Air Station Point Mugu w Kalifornii. Maszyna osiągnęła prędkość 5327 km/h (Ma=5) na wysokości 21 000 m. Lot hipersoniczny trwał niewiele ponad 200 sekund, o 100 sekund krócej niż zakładano przed lotem. Pomimo tego był to najdłuższy lot z użyciem silnika strumieniowego w historii.