9. novembra 1962 bol vážne poškodený druhý prototyp
sériového čísla 56-6671. Po privezení vraku na Edwards padlo rozhodnutie
opraviť ho a vylepšiť do podoby stroja „Super X-15“ s plánovanou prevádzkovou
rýchlosťou Mach 3 až 8. 13. mája 1963 podpísala NASA oficiálny kontrakt
v hodnote 5 miliónov dolárov na prestavbu poškodeného stroja do podoby
„Advanced X-15“, chytro preznačeného na X-15A-2. Modernizovaná verzia dostala
výkonnejší motor a prídavné odhadzovateľné nádrže, ktoré umožňovali
predĺžiť dobu chodu motora z 85 na 145 sekúnd. Palivo z nich bolo
vyčerpané prednostne a potom sa pri rýchlosti Mach = 2 oddelili,
a zniesli na zem na padákoch. Upravená bola aj predná časť, trup bol
pokrytý materiálom T-500 spoločnosti Emerson Electric, absorbujúcim teplo. Tri
stroje, resp. modifikovaná verzia X-15A-2, absolvovali do skončenia programu
v novembri 1968 spolu 199 letov. Pri nich dosiahli maximálnu rýchlosť
Na začiatku októbra 1965 navrhla NASA upraviť tretí stroj
X-15 inštaláciou deltakrídla s elevónmi so šípovitosťou 76 stupňov. Ten
mal overiť použitie nových prvkov pre budúce hypersonické vesmírne prostriedky.
Zároveň mali byť vyskúšané nové materiály s väčšou odolnosťou proti
tepelnému ohrevu. Trup bol oproti pôvodnej verzii predĺžený o 3,81 metra
kvôli potrebe zväčšiť zásobu paliva. Vďaka väčšej rýchlosti bol za nosný stroj
zvolený XB-70
Valkyrie. Príslušné orgány však
neprejavili o tento projekt veľký záujem, keďže prioritou NASA sa
v tom čase stal program Apollo. Nakoniec bolo lietadlo X-15 č.3 zničené
pri havárii 15. novembra 1967.