Выглядели эти самолеты тоже весьма своеобразно. Вместо штатного радара стояло "свиное рыло", а по бокам носовой части были установлены обтекатели антенн РТР в виде разрезанного пополам цилиндра (которые опять-таки сплошь и рядом принимали за РЛСБО). В плавно закругленной металлической передней части каждого обтекателя находилось большое прямоугольное окно для фотоаппарата. Заправочная штанга была заменена трубкой аварийного слива топлива, над пилотской кабиной имелся топливоприемник. Над передней частью фюзеляжа крепилась большая трапециевидная антенна, еще одна антенна, закрытая узким радиопрозрачным обтекателем, была врезана в переднюю кромку киля у его основания.

RC-135D стояли на вооружении 4157-го СК (авиабаза Айелсон, штат Аляска). 1 марта 1967 г. оно было расформировано, а взамен там же сформировано 6-е СК; разведчики достались 24-й стратегической разведэскадрилье в его составе. Со временем RC-135D были модернизированы: бортовые обтекатели сняли, а вместо них под фюзеляжем перед крылом установили радар кругового обзора в широком приплюснутом обтекателе, В этом виде самолет предположительно носил кодовое название "Ривет Брасс" (заклепка латунная). В 1975-79 гг. самолеты были разоборудованы и снова стали заправщиками KC-135A.