从苏联决定将中程导弹部署到古巴，很快行动就被美国察觉。1962年8月美军1架U-2侦察机拍摄的照片表明，已有2个地空导弹阵地完工，另外6个正在修建之中，由此判断萨姆-2导弹开始在古巴部署。同时，部署于加勒比海的美军电子侦察船也捕捉到导弹雷达开机测试的信号。美国中央情报局局长John Mcone因此判断：苏联一定在古巴部署了某种重要战略武器-很可能是弹道导弹，而新出现的SA-2防空导弹就是为之提供保护的。其他照片还发现了载有反舰导弹的导弹艇，后续空中侦察又发现在古巴还部署有米格-21歼击机和伊尔-28轰炸机。
在这种情况下，美国加大了对古巴的照相侦察力度，美国空军第55战略侦察联队和海军第VQ-2中队的电子侦察机也开始对该国实施电子侦察。1962年10月14日上午，U-2侦察机在古巴西部圣克里斯托瓦尔附近发现1个苏联中程导弹发射阵地。3天后，1架U-2侦察机又拍摄到在大萨瓜、雷梅迪奥斯和瓜纳哈伊等地区正在建造的中程导弹发射阵地。
1962年10月14日U-2侦察机发现苏联在圣克里斯托瓦尔部署导弹
在U-2侦察机高空拍摄到苏联在古巴部署中程导弹阵地后，为了获取更精确的细节，由于当时高空照相分辨率有限，美国国防部急需这些导弹阵地的低空近距照片，驻扎在基韦斯特基地的美国海军和海军陆战队VFP-62中队的RF-8“十字军战士”侦察机可以进行低空高速照相侦察。10月23日，美国总统对导弹事件发表态度强硬的公开讲话第二天，代号“蓝月亮”的侦察行动正式展开。根据U-2侦察机和古巴当地间谍提供的情报，VFP-62中队每天派出多个RF-8A双机编队，对古巴境内可疑目标进行高速低空侦察。RF-8起飞地点是距离古巴海岸先仅150公里的基韦斯特海军基地，为躲避雷达的追踪，RF-8A起初以100米左右高度侵入古巴领空，但由于接近盐分含量高的海水影响到相机的拍摄质量，飞行员改为跃升至300米高度以时速880公里飞越目标上空拍照，再下降到60米高度迅速脱离。
由于侦察时要飞越古巴SA-2地空导弹阵地，面临很大威胁，而与当时其他战术飞机一样，RF-8并未装备雷达告警接收机，无从发现可能到来的危险。为了弥补这一缺陷，美国海军想到利用先前美国中央情报局委托研制的“黑色”系统之一的卫星手持雷达信号接收机，来截获“扇歌”导弹制导雷达的信号。这种雷达信号接收机的大小与现代微型盒式录音机相仿，使用干电池。监听者通过助听器可以清晰地听到雷达扫描信号。系统有一副6英寸宽的对数周期天线，安装在既平又薄的复合绝缘材料上，可以接收相关频段的信号。这种雷达信号接收机及其天线很小，完全可以装进一个大钱包或上衣口袋内。
1962年10月15日U-2飞机侦察情况
由于时间紧迫，美国难以对RF-8进行改装，技术人员只得因陋就简，用一个餐巾作内衬的狗项圈把雷达信号接收机固定在驾驶员腿上，接收机传输的音频信号由用胶带固定的导线传送到驾驶员头盔的耳机；接收天线则用更多的胶带固定在飞机挡风玻璃的拐角。
这种接收机很快发挥作用，任务中一名RF-8驾驶员听到清晰的告警信号后，便立即飞离先前的航线进行规避-这使RF-8成为最早装备雷达告警接收机的战术飞机，也是第一架在执行任务时使用雷达告警接收机的飞机。
而为了躲避美国侦察，10月开始苏联在古巴导弹发射阵地修建时间改为夜间，当时美军只有RB-66“破坏者”侦察机具备夜间侦察能力。为了掩护在夜间侦察免遭地空导弹攻击，美军在每架飞机上突击安装了2个带有ALT-6B干扰机的ALQ-31吊舱。当然EB-66B夜间侦察行动最终并未实施，所以无从得知仓促安装的干扰吊舱能否提供足够的防护。考虑到ALT-6B干扰机在慢速扫描干扰状态下存在的缺点，提供有效防护性的可能性不大。
1962年10月古巴导弹危机期间美军EC-121D预警机和2架F-104A战斗机在佛罗里达海岸飞行
美国一开始并没有想到苏联会将中程导弹部署在古巴。之后U-2高空侦察机与RF-8“十字军战士”低空侦察机连续出动，发现在古巴西部圣克里斯托瓦尔的中程导弹阵地已经竣工，其他地区另外3个发射阵地正在昼夜施工。10月下旬，美国最终侦察结果是苏军共在古巴布设了42个中程导弹发射架，12个已经配好制导雷达。
从苏联开始导弹阵地建设，美国就不断派出飞机侵入古巴领空并试图有所发现。不过由于苏联伪装较好，尽管从8月份到10月14日之前美国共出动飞机83架次（U-2飞机出动8架次）但没有实质性的收获，不过一些情况还是被美方了解。例如8月29日U-2侦察机发现了在古巴的8处地空导弹阵地，之后又陆续发现了米格-21歼击机以及海防导弹阵地；又如居住在马里埃尔港的居民被强行疏散，卸货和码头的警卫都由苏联人担当。面对美国飞机的不断侦察行动，考虑到面临的空袭危险，共有4个57毫米高炮连和12个37毫米高炮连队导弹发射阵地进行防空掩护，之后又增加了2个100毫米高炮连。导弹师指挥部有2个23毫米高炮排负责防空掩护。
1962年在圣安东尼奥的防空军近卫歼击航空兵第32团
10月14日黎明，U-2侦察机从加利福尼亚爱德华兹空军基地起飞到达古巴上空进行侦察。飞机在古巴西部上空从南向北飞行了6分钟，期间既没有遭到炮火攻击，也没有遇到歼击机拦截，一共拍摄了928张照片。10月15日，根据拍摄的照片判读苏联在古巴有3个中程导弹发射阵地正在修建之中，还有21架可载核弹头的伊尔-28轰炸机。当天，美国再次出动U-2侦察机进行了两次侦察，证实了上述情况。10月16日，肯尼迪在白宫召开了紧急会议，商讨对策，首先决定加强对古巴全境的空中侦察，以便拍摄更多照片，掌握更多证据和了解导弹阵地实际建设情况以及确定是否有核弹头。在随后5天里，美国出动U-2飞机17架次，对全古巴98%的区域都进行了拍照，发现苏联共运往古巴42枚中程导弹以及42架伊尔-28轰炸机、42架米格-21歼击机、4座岸防导弹发射装置和12艘导弹艇等。
10月20日，美国中央情报局对在古巴的苏联军事力量做了最新估计，证实有2座中远程导弹发射阵地正在建设，16座中程导弹发射阵地已经竣工且导弹可以在接到命令8小时内发射。此外，苏联还有22架伊尔-28轰炸机、39架米格-21歼击机、69架其他飞机、24座地空导弹发射架、3座岸防导弹发射装置以及12艘导弹艇。
1962年10月卡斯特罗视察部队
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