Существовало четыре экземпляра RC-135S. Как и в случае с KC-135R. все четыре были разными и постоянно переделывались, чтобы поспеть за развитием советской ракетной техники. Единственной постоянной приметой был «шнобель» с метеорадаром и системой разведки связи AN/AMQ-15.
Первый экземпляр, борт 59-1491, был переделан из летающей лаборатории JKC-135A. Сначала самолет был известен под прозвищем «Нэнси Рэй», потом «Уонда Белл»- (Wanda Belle — красотка Ванда) и. наконец, получил кодовое название «Ривет Болл» (шар с заклепками). Этот самолет первоначально участвовал в программе «Джиг Тайм» (время танцевать джигу) вместе с разведчиками RC-135D; отсюда встречающееся в печати ошибочное утверждение, что этот самолет был переделанным RC-135D.
С правого борта перед крылом находились три расположенные друг над другом большие горизонтальные антенны-диполя на широких трапециевидных пилонах, которые служили для перехвата данных телеметрии, посылаемых ракетой. Еще одна такая антенна крепилась на грузовой двери. Также справа, немного отступя от носовой стойки шасси, располагались в ряд 10 больших круглых окон, тянувшихся до середины центроплана. Эти окна, придававшие самолету сходство с авиалайнером. были главной «особой приметой» RC-135S и служили для траекторных измерений, фото- и киносъемки боеголовок ракет, входящих в атмосферу.
Над центропланом имелся блистер. где сидел наводчик и вручную наводил фото- и киноаппаратуру на боеголовки с помощью оптического прицела. Как только цель захватывалась. слежение брала на себя автоматика. Во избежание бликов, могущих «ослепить» аппаратуру, верх правого полукрыла и внутренние части мотогондол правых двигателей окрашивались в черный цвет, а вокруг блистера наводчика был нарисован большой черный круг.
Кроме того, иод фюзеляжем сразу за носовой стойкой шасси располагался каплеобразный радиопрозрачный обтекатель, сбоку — квадратное окно и три радиопрозрачные панели неправильной формы, а справа у корневой части киля — каплеобразный обтекатель поменьше. На киле за вмонтированной в переднюю кромку антенной имелись две квадратные радиопрозрачные панели.
Самолет был поставлен 4157-му СК 1 марта 1963 г. 13 января 1969 г. он потерпел аварию на авиабазе Шимиа, расположенной на одноименном острове — одном из Алеутских островов вблизи советской границы. Пилоты не смогли остановить машину на обледенелой полосе (двигатели J57 не имели реверса тяги), и RC-135S, «спикировав» по крутой насыпи, разрушился. Никто не пострадал, но самолет восстановлению не подлежал — фюзеляж разломился пополам.
