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这些早期加油机使用一种笨重的加油系统，受油机必须抓住加油机后方拖出的一根缆绳后才能用绞车把加油软管拖过来建立连接。这套系统在白天的平静气流中工作良好，但是在湍流或夜间要建立连接就很困难了。 朝鲜战争期间出现的探管与锥套系统被沿用至今。加油机从后机身下方或机翼吊舱中放出加油软管，软管末端有一个漏斗状锥套，看起来就像一个特大号的羽毛球。锥套能使空中的软管保持稳定并能引导探管插入连接器。受油机在机身一侧或机翼前缘安装一根前伸的探管，飞行员将探管插入锥套就完成连接。
尽管这套系统相对前身来说是一种巨大的改进，但还存在一些缺点。早期型探管与锥套系统的体积相当庞大并且燃油传送速率很低。探管与锥套系统对于受油机飞行员来说工作负担很重，早期锥套在空中并不是很稳定，会在一个小圆圈里摆动。要实现成功对接就需要飞行员进行大量的实践和训练。
这些缺点在如今美国空军使用的新型加油系统中得到了解决——飞杆加油。在这种系统中，加油机后方的一名操作员操纵一根可伸缩的硬管并将其插入受油机的受油插座。
加油操作手通过加油管末端被称为“调整舵”的小翼面来把加油管逐渐指向正确位置。在加油机机腹下方彩色灯光的指引下，飞行员只需要将飞机保持在加油机的后下方就行了。第一批带有飞杆的KB-29加油机于1950年列装，飞杆急就装在原来的尾炮塔位置。同时美国空军也开始对B-50轰炸机的受油装置进行了改造。
到50年代初，美国空军在大多数战斗机装备了受油插座或探管的情况下，开始进行首次大规模的海外部署。1952年7月，在KB-29加油机的支援下，第31战斗机护航联队的58架F-84G从佐治亚州特纳空军基地飞到日本进行部署。3个月后，75架F-84G从德州的博格斯托姆空军基地飞往日本三泽空军基地。这些远程部署行动证明从美国本土基地向遥远的海外基地派驻大量战斗机的可行性。 但是飞行速度缓慢、依靠螺旋桨推进的KB-29加油机在喷气时代很快就落伍了，因此趋于成熟的KB-50加油机在1955年开始服役。KB-50在两侧机翼下各增加一台小型涡喷发动机来提高飞行速度，以便匹配喷气式战斗机。该机安装了三套软管锥套，一套在机身，两套在翼下吊舱中，可以同时为三架飞机加油。
取代KB-29的还有波音KC-97，该机在保留“同温层货轮”运货能力的同时增加了空中加油能力。KC-97在后舱门处安装了源自KB-29的加油操作员工作站，由于没有尾炮塔可利用，所以飞杆只能前移到后机身。加油操作员俯卧着通过一个观察窗来观察受油机（KC-97的加油操作员很少会喜欢上军队里的其它岗位，因为躺着是他们的工作内容之一）。KC-97的货舱甲板油箱和飞杆在必要时可被快速拆除，从加油机变回运输机。后来KC-97的两种改型提供了更大的运输能力和灵活性。1957年1月，3架B-52在沿途分布的98架KC-97的支援下，以45小时19分钟的耗时完成了环球飞行。B-52编队的长机名为“幸运女郎III”，由詹姆斯·莫里斯中校指挥，而他正是1949年环球飞行中“幸运女郎II”的副驾驶。轰炸机编队把8年前“幸运女郎II”创造的纪录缩短了一半还多，而且还是三架B-52同时打破这个纪录。
美国空军的作战飞机全面换成喷气式后，以汽油为燃料、螺旋桨推进的加油机就落后于时代了。美国空军需要有一种全新的加油机，在性能上能更好地匹配B-52和新型高速战斗机。波音在50年代初开始研制一种新飞机——KC-135，其基本设计即可用于空军的加油机也可用于民用运输机。KC-135原型机在1954年首飞（与传言恰恰相反，波音707客机和KC-135并不是同一种飞机的两种型号，两者的机身横截面外形区别很大）。首架KC-135A于1957年入役并一直服役到今天。
早期型KC-135安装4台普惠涡喷气发动机，在9100米高度的巡航速度超过每小时800公里。至于航程，当然具体还要取决于加出去多少燃油。如果不执行加油任务的话，该机的航程超过14500公里。按输出10吨燃油计算，KC-135A的任务半径大约是5600公里。按输出54吨燃油计算，任务半径就减少到1600公里。
KC-135安装了经过时间考验的飞杆系统和KC-97的操作员面板，操作员依然是脸朝下俯卧。这种飞机还在操作员两侧为加油观察员或教官安排了两个位置，观察窗周围的大型反射镜拓展了操作员的视野。KC-135内部有12个机翼油箱和9个机身油箱，所有的燃油加起来超过90吨。尽管该机没有安装锥套系统，但飞杆末端可以安装一种特殊的长2.74米的转接软管锥管。
数十年来，KC-135获得了良好的声誉。但是老式涡喷发动机耗油高、噪音大、维护费用昂贵。最近几年里（译注：本文发表于1993年），KC-135通过发动机升级已经延长了加油机的使用寿命并提高了性能、降低了噪音、还减少了维护费用。美国空军计划为其295架KC-135换装大推力高涵道比涡扇发动机，编号KC-135R。美国空中国民警卫队和空军预备役的KC-135则换装了拆自波音707后期型的8吨推力的普惠涡扇发动机，编号KC-135E。
迄今为止空军已经升级完163架KC-135R，升级后的飞机在性能上有了很大提高。举个例子，R型与原始型号相比载油量提高了25%，可以输出的燃油提高了50%，使用费用降低了25%。今日美国空军拥有633架KC-135加油机，延寿计划将使该机继续飞进下个世纪。 70年代初，美国空军需要一种更大型的具备加油机功能的运输机，要求该机具有更大的载货量、航程、以及空中加油能力。空军审查了当时的大型民用客机后再1977年选定了麦道DC-10-30三发喷气客机的军用衍生型。首架KC-10“增程器”空中加油机于1981年开始服役，这种飞机与DC-10的通用度超过90%，减少了维护与后勤上的开支。该机的机翼油箱和安装在货运甲板下的主油箱可容纳165吨燃油，接近KC-135的两倍。KC-10在不执行加油任务的最大航程为18500公里，安装在飞杆旁的软管锥套提高了任务灵活性。该机驾驶舱后方有一个空中受油插座，可以接受其他KC-10或KC-135的空中加油。到1987年生产线关闭之前麦道共生产了60架KC-10A。
美国空军大多数战斗机的受油插座都在座舱后的机背上，当然也有很多例外。F-111的受油插座在机背中线偏左处，F-15的在左侧翼根整流罩上，A-10的受油插座在机鼻。 以飞行员的角度来看，一些飞机进行空中加油的确更容易。在所有的飞机中，F-16是美国空军最容易进行空中加油的。一名驾驶过很多型号战斗机的飞行员说F-16成熟的电传飞控系统和飞控计算机使空中加油变得“小菜一碟”。飞行员训练也支持这一观点，换装F-16的学员在训练的很早阶段就能完成空中加油，而其它飞机的学员则需积累更多的飞行经验。 A-10则是空中加油的困难户。“疣猪”的最高时速仅比加油机的最低加油速度快一点，加油机飞行员听到的最多请求就是A-10飞行员要求再慢点。有时A-10会因KC-135的尾流影响而减速，如果飞行员没全神贯注的话，那么飞杆在移动过程导致的微小气流变化就足以影响飞机进入受油位置。A-10飞行员在描述对接成功时这样说：“那是我飞行生涯中最值得夸耀的时刻。最糟糕的事情已经过去，我终于可以放松一下了。”A-10的脱离连接也不轻松，脱离刹那从硬管插头喷出的燃油会覆盖座舱盖，飞行员什么也看不见。
F-4和F-15的空中加油不像A-10那么困难，但仍然需要比F-16飞行员付出更多的努力。但空中加油飞行总是紧张而困难的，每种飞机都有自己的空中加油特性。每次在加油机身后的飞行都是困难的，与飞杆的对接过程同样困难。因此，在任何一种飞机的试飞中空中加油都是测试的重要部分。 总的来说，空中加油在今天是相当安全的，但偶尔也会发生事故。飞行员的恶梦之一就是带着半截硬管回家，如果他超出飞杆移动范围极限或遇到强烈扰动气流的话就可能出现这一幕。如果在飞杆完全脱离前飞行员飞太高过于靠近加油机的话就会出现最危险的情况，此时加油操作员无法收回飞杆或把飞杆上抬脱离飞机，飞行员唯一选择就是暴力脱离。在极罕见的飞杆无法断开的事故中，受油机可以打开减速板减速，扯断飞杆末端的预设的干式断开接头，带着一截硬管回家。有时飞行员或操作员也会在对接、脱离过程中出错或因位置不当而使使加油管碰撞了受油机，这会刮花涂装、撞坏座舱盖、折断天线，或使机身出现轻微凹痕，有时会导致更严重的损伤。
在某些情况下，飞行员会愿意被飞杆锁住进行拖曳飞行。例如在“沙漠盾牌“行动的部署期间，一架KC-135拖曳一架丧失部分动力的F-4飞越了半个大西洋。海湾战争期间，一架战斗机因为战伤而严重漏油，一架加油机在拖曳该机飞行的同时按漏油速度输送燃油。尽管加油机无法拖曳一架完全失去动力的飞机，但可以使一架受伤的飞机明显降低下坠的速度。
大多数人认为战时加油机只会飞行在安全空域，绝不靠近危险地带，海湾战争纠正了这种错误观念。加油机机组很多次飞入战区去拯救即将耗尽燃油的飞机，有时还要面对防空火力的射击。一次第452空中加油机联队的赫勃·奥特恩少校率领两架KC-135在沙以边境上空盘旋等待返航的F-16，空中预警机通报说该波次F-16的油量已经不多了，并且有架F-16遭受严重战伤。奥特恩在没有战斗机掩护的情况下向北飞入伊拉克领空，在这些F-16耗尽燃油之前与其会合。在加油机队开始为这些战斗机加油时他们已经深入伊拉克境内近160公里。 亚利桑那州空中国民警卫队第161空中加油机大队的指挥官比尔·希尔上校解释说：“在战争中我们总结出的最重要的经验教训之一就是加油机容易遭受攻击。”“沙漠盾牌”行动开始时希尔正在欧洲执行空中加油任务，他参加了战争中加油机的首批任务——“空中桥梁”。希尔指出在靠近敌人飞行或在敌方领空飞行时一定要提高警惕：“在过去诸如‘红旗’这样的演习中，加油机会飞越演习空域并同时为双方的飞机加油。这就象游戏暂停了一样，没人会在加油过程中遭到攻击。而现在我们是名副其实的高价值目标，如果我们被击落，我方将失去油料补给，从而可能输掉这场战争。所在现在我们训练中开始引入规避机动。在有战斗机护航时我们会尽量靠近他们，他们都很愿意为我们提供保护。”
海湾战争期间，一群嗷嗷待哺的F-14跟在一架KC-10身后 战争的中有一份简报被透露给机组，简报中初步预计加油机的损失率将高达20%。这份简报取得了一定的效果，战时机组们执行了严格的通讯管制，几乎所有加油行动都是在无线电静默的情况下完成的，还有许多加油是在夜间通过灯光完成的。随着战术和势态的不断变化，机组们需要迅速适应并做出反应。加油操作员泰·沃伦技术军士说：“谢天谢地，之前的训练使我们做好了准备。无论在怎样的情况下，这些基础加油操作都是一样的。我们只是做了我们曾经训练过事。”
但在战区边缘驾驶加油机很少能像和平时期那样轻松，缺乏导航设备和地面辅助雷达的空中交通管制需要飞行员和领航员打起十二分精神。T·J·拜恩上尉说：“在拥挤的天空中飞行就意味着：你最好出现在你该出现的地方。”他是第161空中加油联队的一名KC-135领航员。““如果你没做到，你就很可能飞在另一架飞机的航线上，地面上也不会有人来把你们分开。” 大编队飞行对于加油机飞行员来说是一种全新体验，加油编队通常由3架、6架，或更多的加油机和受油机组成。第336中队的KC-135加油操作员美琪·埃文斯军士长记得在“沙漠风暴”行动中有一次与众不同的任务：“我们和9架KC-10组成了一个加油编队，我们是第10架也是最后面的一架。在我们的身后跟着超过70架的受油机。”战时的编队飞行要求很高，比飞行员们曾经飞过的更为密集、时间也更长。现在这类飞行的训练更加频繁了。 加油机在海湾战争中获得的经验将会用于未来的实践，重点在于拓展新任务，发展不同作战环境下的新战术。在军事航空迈向新世纪的同时，空中加油将继续为向地球远方投送军事力量提供手段。 在当前的重组过程中，空中国民警卫队和空军预备役部队承担了和平时期的空军的近半数空中加油任务。去年（译注：1992年）6月，空中机动司令部在伊利诺斯州斯克特空军基地成立后，将获得大多数加油机部队的控制权。在斯克特基地唯一的指挥中心指挥下，美国空军在全球范围内的加油机队按运输、战略、及战术需要进行了规划。无论何时何地需要快速部署人员、物资、作战装备，或支援飞机留空，这些加油机及其机组将使之变为可能。或许正如一名飞行员说的：“我们提供双脚，携带肌肉，都为了挥出的那一挙。”
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