В апреле 1962 г. постройка нового крана S-64 была закончена и 9 мая совершен первый полет. Вертолет был рассчитан на перевозку 9 т на 85 км, 8^т на 170 км и 6 т на 340 км и обладал высокой весовой отдачей (до 54%). Фюзеляж представлял балку коробчатой конструкции с двумя усиленными шпангоутами, к которым крепились шасси, редуктор и система внешней подвески; спереди – пятиместная кабина. Кроме двух обычных пилотских кресел было дополнительное место оператора, повернутое назад для наблюдения и управления погрузкой и разгрузкой. Когда вертолет находился над грузом, чтобы его забрать или положить на место выгрузки, второй пилот покидал свое кресло и занимал место оператора. Для удобства все управление было выведено на единую рукоятку на подлокотнике. У пилота, сидящего на месте оператора, был прекрасный обзор, и он мог эффективно управлять вертолетом и манипулировать грузом. В конструкции несущего винта S-64 было использовано много элементов от S-56. Диаметр несущего винта остался прежним – 22 м, правда, теперь он стал шестилопастным. Вертолет имел трехстоечное шасси с носовым колесом. Под фюзеляж свободно мог подъезжать тягач с прицепом. Увеличенный разнос главных стоек и их большая длина расширяли диапазон перевозимых грузов. Особая конструкция амортизационных стоек позволяла ”присесть” вертолету верхом на груз, чтобы подцепить его. Для защиты рулевого винта на хвостовой балке была установлена выдвижная механическая опора.
В погрузочное оборудование вертолета входили гидравлическая лебедка под центром тяжести, трос с крюком, узлы крепления груза к нижней части фюзеляжа. Тяговое усилие лебедки было рассчитано на подъем груза до 13,6 т. Для крепления контейнеров и грузовых платформ на нижней поверхности фюзеляжа установлены четыре узла крепления, оснащенные механизацией для подтягивания грузов.
Были разработаны различные типы подвесных контейнеров – десантный на 60 солдат, противолодочный с соответствующим гидроакустическим оборудованием и вооружением, тральный, полевой госпиталь, командный пункт, пункт связи, танкер и др.
Эксплуатация S-64 (СН-54А) началась в армии в 1964 г. Очень эффективным оказалось использование контейнеров. На внешней подвеске и на платформах перевозилось большое разнообразие грузов – автомобили, бульдозеры, различное вооружение и т.д.
В 1968-1969 гг. были построены дальнейшие модификации: СН-54В, S-64E и S-64F. На них устанавливались лопасти с увеличенной хордой, более мощные двигатели. Максимальная полезная нагрузка достигала 12 т. На этих вертолетах установлен ряд мировых рекордов подъема груза на высоту. К моменту завершения производства в 1973 г. было построено 97 S-64 разных модификаций. S-64 был самым грузоподъемным западным вертолетом второго поколения.
Эксплуатация S-64 на коммерческой основе началась в 1969 г. Два S-64E были отправлены на север Аляски. За три месяца они налетали свыше 825 ч и перевезли около 900 т грузов, в основном нефтедобывающего оборудования, доставка которого наземным транспортом была невозможна. На S-64E были освоены уникальные монтажные работы, превратившие вертолет не только в транспортное, но и в незаменимое технологическое средство. Одной из первых таких работ стал монтаж отопительных устройств на крыше автосборочного завода около Питсбурга (штат Пенсильвания), проведенный за 30 летных часов. Заказчик отмечал, что та же работа обычными средствами потребовала бы 263 рабочих дня, кроме того, пришлось бы останавливать производство. S-64E использовались для разгрузки кораблей, установки различных вышек, в передвижении мостов, переноске и монтаже зданий.
Опыт постройки тяжелых вертолетов S-56, S-60, S-64 сделал возможным разработку фирмой Сикорского проектов вертолета еще более высокой грузоподъемности. В 1960 г. был разработан проект вертолета S-63 со взлетным весом 42,8 т грузоподъемностью 18 т и диаметром несущего винта 30 м. Затем в 1961 г. – проект DS-103 со взлетным весом 114 т, грузоподъемностью 40 т и диаметром винта 48,3 м. Однако до постройки натурных вертолетов дело не дошло. С середины 60-х годов фирма Сикорского стала рассматривать возможность повышения грузоподъемности менее амбициозным методом – дальнейшим совершенствованием S-64 посредством установки третьего двигателя и увеличения диаметра несущего винта с целью достижения полезной нагрузки до 14,5 т. Опыт, накопленный при этом, был использован в дальнейшем при создании самого тяжелого на Западе вертолета третьего поколения S-80.