在二戰後期，美國計劃研製新的低空轟炸機/攻擊機，用來取代B-26螺旋槳式轟炸機，後者雖然是一種經典機型，但隨著軍事科技的發展已經不能適應新的戰場環境，新的飛機最初被命名為馬丁XA-45，從它的A字前綴可以看出它以對地攻擊為主，在二戰結束後美軍修改了飛機標準，重新命名為XB-51，戰場任務是低空轟炸和近距離空中支援。
馬丁公司設計的XB-51是一種與眾不同的噴氣式轟炸機，它融入了許多新技術，轟炸機擁有一個光滑修長的機身，採用戰鬥機式的氣泡式座艙，這種獨特的外形為它贏得了「飛行雪茄」的綽號。
該機採用中單翼＋T型尾翼的結構，它的機翼很特別，前緣擁有35°後掠角，並且下反6°，為了提升機翼的升力和操控性能，它安裝了前緣縫翼和全幅襟翼，並且機翼還能調整迎角，飛行員可以調整機翼升力，縮短起飛滑跑距離。機翼迎角的調整是通過俯仰旋轉機翼實現的，下圖可以看到機身上的角度指示。
XB-51的動力配置同樣獨特，它擁有3台通用電氣J47-GE-13渦輪噴氣發動機，單台額定推力23kN，其中2台發動機安裝在機頭兩側靠下的發動機艙內，另外一台安裝在機身尾部，從機背進氣，轟炸機還能安裝4枚助推火箭進一步優化起飛性能，這些火箭能持續燃燒14秒。
轟炸機採用自行車式起落架，主起落架採用雙輪結構，機翼末端安裝有小型的支輪用以平衡。機組只有2人：飛行員和投彈手/導航員，氣泡式座艙內容納飛行員，在他的後下方是投彈手/導航員的位置，座艙內加壓，並且有空調系統，兩人均配備馬丁公司自研的彈射座椅。
轟炸機配備內置旋轉彈艙，基本任務載荷4000磅，不過也能使用外部武器掛架，最大載彈量10400磅。此外預計在生產型的機鼻內安裝8門20毫米機炮，備彈1280發，當時美國也在研究機鼻炮塔，不知道是否考慮採用這種結構，如果採用的話轟炸機就能一邊平飛一邊用機炮掃射地面目標，緊急的時候用來空戰也不是不可能。
馬丁公司建造了2架XB-51原型機，第一架原型機在1949年秋季首飛，轟炸機的部分性能超出了設計預期，例如它的最大飛行速度達到了1036千米/小時，這讓馬丁公司信心倍增，不過來自英國的競爭對手「坎培拉」轟炸機的綜合實力明顯要比XB-51更強，加上韓戰促使軍方改變了一些具體要求。
XB-51本身有幾項致命缺陷，飛機本身結構強度不足，只有3.67G的極限載荷，這意味著它轉彎猛一點都有可能導致機體損壞；3台發動機雖然賦予了飛機較高的飛行速度，但油耗比較高，續航能力不如「坎培拉」轟炸機；自行車式的起落架無法在野戰機場起降。
美軍最後讓馬丁公司生產「坎培拉」轟炸機，也就是B-57，而那兩架已經完成的原型機則用來進行飛行測試，其中一架在電影中出現過，兩架飛機最後都墜毀了。
XB-51轟炸機空重約14000千克，最大起飛重量約28300千克，機長25.93米，高5.28米，翼展16.18米，機組2人，最大飛行速度1036千米/小時，巡航速度856千米/小時，最大航程約2300千米，最大升限12700米。