從蘇聯決定將中程導彈部署到古巴，很快行動就被美國察覺。1962年8月美軍1架U-2偵察機拍攝的照片表明，已有2個地空導彈陣地完工，另外6個正在修建之中，由此判斷薩姆-2導彈開始在古巴部署。同時，部署于加勒比海的美軍電子偵察船也捕捉到導彈雷達開機測試的信號。美國中央情報局局長John Mcone因此判斷：蘇聯一定在古巴部署了某種重要戰略武器-很可能是彈道導彈，而新出現的SA-2防空導彈就是為之提供保護的。其他照片還發現了載有反艦導彈的導彈艇，后續空中偵察又發現在古巴還部署有米格-21殲擊機和伊爾-28轟炸機。

在這種情況下，美國加大了對古巴的照相偵察力度，美國空軍第55戰略偵察聯隊和海軍第VQ-2中隊的電子偵察機也開始對該國實施電子偵察。1962年10月14日上午，U-2偵察機在古巴西部圣克里斯托瓦爾附近發現1個蘇聯中程導彈發射陣地。3天后，1架U-2偵察機又拍攝到在大薩瓜、雷梅迪奧斯和瓜納哈伊等地區正在建造的中程導彈發射陣地。

1962年10月14日U-2偵察機發現蘇聯在圣克里斯托瓦爾部署導彈

在U-2偵察機高空拍攝到蘇聯在古巴部署中程導彈陣地后，為了獲取更精確的細節，由于當時高空照相分辨率有限，美國國防部急需這些導彈陣地的低空近距照片，駐扎在基韋斯特基地的美國海軍和海軍陸戰隊VFP-62中隊的RF-8“十字軍戰士”偵察機可以進行低空高速照相偵察。10月23日，美國總統對導彈事件發表態度強硬的公開講話第二天，代號“藍月亮”的偵察行動正式展開。根據U-2偵察機和古巴當地間諜提供的情報，VFP-62中隊每天派出多個RF-8A雙機編隊，對古巴境內可疑目標進行高速低空偵察。RF-8起飛地點是距離古巴海岸先僅150公里的基韋斯特海軍基地，為躲避雷達的追蹤，RF-8A起初以100米左右高度侵入古巴領空，但由于接近鹽分含量高的海水影響到相機的拍攝質量，飛行員改為躍升至300米高度以時速880公里飛越目標上空拍照，再下降到60米高度迅速脫離。

由于偵察時要飛越古巴SA-2地空導彈陣地，面臨很大威脅，而與當時其他戰術飛機一樣，RF-8并未裝備雷達告警接收機，無從發現可能到來的危險。為了彌補這一缺陷，美國海軍想到利用先前美國中央情報局委托研制的“黑色”系統之一的衛星手持雷達信號接收機，來截獲“扇歌”導彈制導雷達的信號。這種雷達信號接收機的大小與現代微型盒式錄音機相仿，使用干電池。監聽者通過助聽器可以清晰地聽到雷達掃描信號。系統有一副6英寸寬的對數周期天線，安裝在既平又薄的復合絕緣材料上，可以接收相關頻段的信號。這種雷達信號接收機及其天線很小，完全可以裝進一個大錢包或上衣口袋內。

1962年10月15日U-2飛機偵察情況

由于時間緊迫，美國難以對RF-8進行改裝，技術人員只得因陋就簡，用一個餐巾作內襯的狗項圈把雷達信號接收機固定在駕駛員腿上，接收機傳輸的音頻信號由用膠帶固定的導線傳送到駕駛員頭盔的耳機；接收天線則用更多的膠帶固定在飛機擋風玻璃的拐角。

這種接收機很快發揮作用，任務中一名RF-8駕駛員聽到清晰的告警信號后，便立即飛離先前的航線進行規避-這使RF-8成為最早裝備雷達告警接收機的戰術飛機，也是第一架在執行任務時使用雷達告警接收機的飛機。

而為了躲避美國偵察，10月開始蘇聯在古巴導彈發射陣地修建時間改為夜間，當時美軍只有RB-66“破壞者”偵察機具備夜間偵察能力。為了掩護在夜間偵察免遭地空導彈攻擊，美軍在每架飛機上突擊安裝了2個帶有ALT-6B干擾機的ALQ-31吊艙。當然EB-66B夜間偵察行動最終并未實施，所以無從得知倉促安裝的干擾吊艙能否提供足夠的防護。考慮到ALT-6B干擾機在慢速掃描干擾狀態下存在的缺點，提供有效防護性的可能性不大。

1962年10月古巴導彈危機期間美軍EC-121D預警機和2架F-104A戰斗機在佛羅里達海岸飛行

美國一開始并沒有想到蘇聯會將中程導彈部署在古巴。之后U-2高空偵察機與RF-8“十字軍戰士”低空偵察機連續出動，發現在古巴西部圣克里斯托瓦爾的中程導彈陣地已經竣工，其他地區另外3個發射陣地正在晝夜施工。10月下旬，美國最終偵察結果是蘇軍共在古巴布設了42個中程導彈發射架，12個已經配好制導雷達。

從蘇聯開始導彈陣地建設，美國就不斷派出飛機侵入古巴領空并試圖有所發現。不過由于蘇聯偽裝較好，盡管從8月份到10月14日之前美國共出動飛機83架次（U-2飛機出動8架次）但沒有實質性的收獲，不過一些情況還是被美方了解。例如8月29日U-2偵察機發現了在古巴的8處地空導彈陣地，之后又陸續發現了米格-21殲擊機以及海防導彈陣地；又如居住在馬里埃爾港的居民被強行疏散，卸貨和碼頭的警衛都由蘇聯人擔當。面對美國飛機的不斷偵察行動，考慮到面臨的空襲危險，共有4個57毫米高炮連和12個37毫米高炮連隊導彈發射陣地進行防空掩護，之后又增加了2個100毫米高炮連。導彈師指揮部有2個23毫米高炮排負責防空掩護。

1962年在圣安東尼奧的防空軍近衛殲擊航空兵第32團

10月14日黎明，U-2偵察機從加利福尼亞愛德華茲空軍基地起飛到達古巴上空進行偵察。飛機在古巴西部上空從南向北飛行了6分鐘，期間既沒有遭到炮火攻擊，也沒有遇到殲擊機攔截，一共拍攝了928張照片。10月15日，根據拍攝的照片判讀蘇聯在古巴有3個中程導彈發射陣地正在修建之中，還有21架可載核彈頭的伊爾-28轟炸機。當天，美國再次出動U-2偵察機進行了兩次偵察，證實了上述情況。10月16日，肯尼迪在白宮召開了緊急會議，商討對策，首先決定加強對古巴全境的空中偵察，以便拍攝更多照片，掌握更多證據和了解導彈陣地實際建設情況以及確定是否有核彈頭。在隨后5天里，美國出動U-2飛機17架次，對全古巴98%的區域都進行了拍照，發現蘇聯共運往古巴42枚中程導彈以及42架伊爾-28轟炸機、42架米格-21殲擊機、4座岸防導彈發射裝置和12艘導彈艇等。

10月20日，美國中央情報局對在古巴的蘇聯軍事力量做了最新估計，證實有2座中遠程導彈發射陣地正在建設，16座中程導彈發射陣地已經竣工且導彈可以在接到命令8小時內發射。此外，蘇聯還有22架伊爾-28轟炸機、39架米格-21殲擊機、69架其他飛機、24座地空導彈發射架、3座岸防導彈發射裝置以及12艘導彈艇。

1962年10月卡斯特羅視察部隊