Дальнейшие разведывательные варианты сразу получали обозначения в серии RC-135. Первый из них, RC-135A (модель 739–700), являлся фоторазведчиком; как видно по обозначению модели, самолет был специально построен как таковой. RC-135A имел двигатели J57; заправочную штангу упразднили, а вместо переднего фюзеляжного бака за носовой стойкой шасси разместили отсек с фотоаппаратурой, закрытый люком с плоским стеклом. На взлете и посадке стекло защищала от повреждений большая сдвижная крышка, выступавшая за обводы фюзеляжа. Место заправочной штанги занимал продолговатый обтекатель, задняя часть которого была радиопрозрачной.
Было построено четыре машины (борта 63-8058 по 63-8061); первая из них вышла из ворот цеха в Рентоне 15 апреля 1964 г. В отличие от С/КС-135, выходивших со сборки некрашеными, RC-135A были темно-серого цвета.
Несмотря на разведывательное назначение, самолеты принадлежали не САК, а военно-транспортной авиации — 1370-му аэрофотосъемочному авиакрылу (авиабаза Тэрнер, штат Джорджия). В 1972 году их передали 55-го стратегическому разведывательному крылу (СРК), где они служили до 1979 г., после чего были переделаны в заправщики KC-135D.
Вторым разведывательным вариантом С-135, изначально построенным как таковой, стал RC-135B (модель 739-445В). 10 построенных машин стали последними в семействе С/КС-135.
Самолеты имели двигатели TF33- Р-5 и стабилизатор увеличенного размаха по типу С- 135В. RC-135В должен был быть комбинированным фото- и электронным разведчиком; в Рентоне самолеты изготовили «начерно» и затем отправили на завод фирмы «Мартин» в г. Балтимор, штат Мэриленд, для установки разведывательной аппаратуры. RC-135B тоже были покрашены, на этот раз «серебрянкой» «Коррогард».
В 1964-65 годах RC-135B поступил на вооружение 55-го СРК — ведущего подразделения электронной разведки ВВС США, размещенного на авиабазе Оффутт. Но аппаратура работала плохо, ВВС остались недовольны, и только что полученные машины отправили обратно в Балтимор для переделки. Работа затянулась на два года, в течение которых 55-му крылу приходилось довольствоваться порядком устаревшими RB-47H. Эту машину экипажи недолюбливали: в начиненном электроникой «брюхе» бомбардировщика было холодно и так тесно, что два или три оператора разведоборудования (именуемые на жаргоне ВВС «воронами») буквально не могли повернуться.
Наконец, в 1967 году поступили переделанные RC-135B, получившие новое обозначение RC-135C и кодовое название «Биг Тим» — «Большая команда». Название было метким — «команда» на RC-135C подбиралась действительно большая (четыре члена экипажа и 17 операторов разведоборудования). Доработали машину весьма основательно: в состав оборудования входили автоматические разведывательные комплексы AN/ASD-1 и AN/USD-7, созданные фирмой «Эйрборн Инструменте Лаборатори»; на месте кабины оператора заправки был установлен аэрофотоаппарат КА-59 для плановой съемки.
