陳懷被擊落後,美方在U-2上加裝了「十二號系統」,可以偵測飛彈的雷達訊號,李南屏被擊落後,美方又在U-2加裝了經過改良的「13號系統」,用來抗衡中共的「快戰戰術」,13號系統在收到飛彈的雷達訊號後,會自動送出一個假訊號,變更飛機當時的高度、速度或方向,以混淆飛彈的雷達導引系統,在張立義被擊落後,改良推出新的雷達警告系統及電子反制裝置。改良後背脊隆起的機身被暱稱為「獨木舟」,機上的碟形天線是一種極靈敏的飛彈警告裝置,只要接收到飛彈導引系統上微弱的訊號,機艙裡就會立刻紅燈大作,並在小屏幕上指出飛彈來襲方向,這個小紅燈位於儀表板右上方,燈上漆著碟型天線Oscar Sierra的簡稱「OS」,飛行員一見它閃動就知道大事不妙,脫口而出「Oh,Shit!」也成了另類的代名詞。洛克希德為了防範中共戰機的攅升攻擊所發射的熱感應飛彈,在U-2尾管上加裝了一片形似糖杓紅外線折射板,可改變引擎排氣時所發散的熱源躲避飛彈,並將1965年發明的「黑絲絨」新式油漆,刷在機身上,效果如同絲絨般平滑,其中含鐵的微細粒子,可以減低雷達回波,不易被米格機發現。
U-2機身空重只有一萬兩千磅,而可拆卸的雙翼和尾翼,僅各用幾枚大螺栓固定在機身,整架飛機內無強力結構支撐,外殼也僅覆有一層薄如葉片不到半毫米厚的鋁片,在這樣寒愴的結構上,最講究的反倒是機身內部的線路。電線的材質並非普通的銅絲,而是以高純度K金打造,因為K金絲極纖細而傳導力強,可以減輕不少重量;整架飛機裡最先進的裝備是照相裝置及電子偵測系統。