В ходе реконструкции второй опытный образец был оснащен двумя дополнительными топливными баками, фюзеляж был удлинен на 0,74 м и на нем была произведена термозащитная обработка поверхности. Модернизированный самолет получил новое обозначение Х-15А-2. Первый (планирующий) полет на нем был совершен 28 июня 1964 г с пустыми баками, а первый полет с заправленными баками и работающим двигателем осуществлен лишь в ноябре 1965 г.
Проведенные доработки позволили существенно увеличить скорость полета за счет системы управления самолетом, точнее его стабилизации на таких скоростях. Во-вторых, за счет применения теплозащитных материалов, которые снижали температуру поверхности самолета на больших скоростях и уменьшали величину деформации несущей поверхности крыла и фюзеляжа. В-третьих, новые костюмы для пилотов, которые позволяли переносить с меньшим вредом для здоровья возникающие перегрузки. В хвостовой части под фюзеляжем вместо снятой поворотной части нижнего вертикального оперения мог устанавливаться гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ГПВРД), с которым даже выполнялись полеты, но он так и не был испытан в воздухе.
Модель подобного двигателя входит в комплект деталей набора, был собран мною с небольшими доработками и установлен на пилон. Но поскольку данный двигатель не испытывался в полете и никоим образом не участвовал в достижении рекордных результатов, то от его установки на самолет я отказался в пользу нижнего клинообразного вертикального оперения.