В конце 1949 г. был подписан контракт на постройку двух летных прототипов, которая завершилась в середине 1952 г. Первый из них (серийный № 125412) получил индекс XA3D-1 и взлетел 28 октября 1952 г. с авиабазы ВВС США Эдварде. Его силовая установка включала два ТРД XJ-40-WE-3 с тягой по 3175 кгс, которые на серийных бомбардировщиках планировалось заменить на J-40-WE-12 с тягой по 3400 кгс. Однако J-40 обладал целым рядом серьезных недостатков, и второй прототип YA3D-1 оснастили двигателями J-57-P-6 тягой по 4400 кгс*.
Звено A3D-1 из VAH-13 сливает керосин перед посадкой на базу Сан Диего, Калифорния, 29 ноября 1961 г.
A3D-1 на палубе авианосца "Форрестол" в период летных испытаний
С 12 ускорителями JATO "Скайуорриор" взлетал за 4 секунды
A3D-2 одной из первых серий из состава эскадрильи VAH-3 уходит на второй круг после неудачной попытки посадки на палубу
На новом самолете предусмотрели возможность использования 12 ракетных ускорителей JATO фирмы "Аэроджет", которые развивали тягу более 24 т и позволяли взлетать с палубы любого ударного авианосца без катапульты. YA3D-1 (№130352) поднялся в воздух в начале 1953 г.
После завершения заводских испытаний XA3D-1 и YA3D-1 служили стендами для отработки размещения и совместимости оборудования фоторазведчика YA3D-1P и самолета радиотехнической разведки (РТР) YA3D-1Q. На них отсутствовало оборонительное вооружение, а радиоэлектронное устанавливалось не в полном объеме.
Серийное производство новых тяжелых штурмовиков фирма развернула на своем заводе в Эль-Сегундо (прибрежный район Лос-Анджелеса) параллельно с выпуском AD-5W "Скайрейдер". 16 сентября первый серийный самолет оторвался от ВПП международного аэропорта Лос-Анджелеса, на которую выходила бетонка завода. Новая машина получила обозначение A3D и по традиции наименование "Скайуорриор" (Skywarrior - небесный воин). В течение года было построено 50 самолетов модификации A3D-1. Из них на первых пяти (№№130352-130356) сохранились на вершинах килей характерные для опытных машин контейнеры с элементами радиоэлектронного оборудования управления огнем системы оборонительного оружия "Аэро-21", включавшей две 20-мм пушки.
Первой в ВМС США 31 марта 1956 г. получила на вооружение "Скайуорриоры" эскадрилья VAH-1*, возглавляемая к-ном Томми Блекборном, которая дислоцировалась на базе морской авиации Джексонвилл, штат Флорида. Четыре машины были переданы в Авиационный испытательный центр флота (NATC) в Патаксент-Ривер для проведения войсковых испытаний. Одна из них (№135411) 4 апреля совершила первую посадку на авианосец "Форрестол". В тот же день из Центра на корабль перелетел и A3D-1 №135408. У летчиков эскадрильи VAH-1 подготовка к посадке на палубу заняла более года: отрабатывались взлеты с использованием "Джато" и приземления на участок ВПП, оборудованный аэрофинишерами и размеченный под палубу авианосца. Итогом напряженного труда стала посадка на "Форрестол" самолета №135436, выполненная 26 июня 1957 г.
Второй и последней ударной версией "Скайуорриора" стал A3D-2. Самолет получил более совершенное прицельно-навигационное и связное оборудование, более мощные двигатели J-57-P-10 с тягой по 5625 кгс, позволившие увеличить бомбовую нагрузку до 5811 кг. Для сохранения взлетно-посадочных характеристик был увеличен размах предкрылков за счет дополнительной секции между пилоном двигателя и фюзеляжем. С целью сокращения длины пробега при посадке на сухопутный аэродром самолет оснастили тормозным парашютом. Начиная с машины №138322, установили РЛС AN/ASB-7, что повлекло изменение формы носового обтекателя. Новая версия получила возможность дозаправки в полете, для чего была установлена соответствующая аппаратура и штанга топливоприемника. Первые A3D-2, как и все A3D-1, выпускались с двумя 20-мм пушками в хвостовой части фюзеляжа. Однако вскоре вместо них самолет оснастили автоматом ALE-41 выброса дипольных отражателей, который приводился в действие по сигналу станции радиотехнической разведки ALQ-76. На штурмовиках более поздних серий хвостовую часть облагородили, и ее форма получила аэродинамическую завершенность.
Первый A3D-2 взлетел 12 июня 1956 г. Эта модификация производилась до 1960 г., всего было выпущено 164 самолета. Один из них (№138905) получил индекс YA3D-2 и был передан в NATC для исследования характеристик устойчивости работы двигателя на различных режимах полета. В начале 1957 г. новые "Скай-уорриоры" стали поступать на вооружение. Первой их получила эскадрилья VAH-2.
В 1962 г. в США была принята новая, упрощенная система обозначения авиатехники, и A3D-1 получил индекс А-ЗА, a A3D-2 - А-ЗВ. Самолеты эксплуатировались в 13 эскадрильях тяжелых штурмовиков авиации ВМС со всех ударных авианосцев.