Первый экземпляр, борт 59-1491, был переделан из летающей лаборатории JKC-135A. Сначала самолет был известен под прозвищем «Нэнси Рэй», потом «Уонда Белл»- (Wanda Belle — красотка Ванда) и. наконец, получил кодовое название «Ривет Болл» (шар с заклепками). Этот самолет первоначально участвовал в программе «Джиг Тайм» (время танцевать джигу) вместе с разведчиками RC-135D; отсюда встречающееся в печати ошибочное утверждение, что этот самолет был переделанным RC-135D.
С правого борта перед крылом находились три расположенные друг над другом большие горизонтальные антенны-диполя на широких трапециевидных пилонах, которые служили для перехвата данных телеметрии, посылаемых ракетой. Еще одна такая антенна крепилась на грузовой двери. Также справа, немного отступя от носовой стойки шасси, располагались в ряд 10 больших круглых окон, тянувшихся до середины центроплана. Эти окна, придававшие самолету сходство с авиалайнером. были главной «особой приметой» RC-135S и служили для траекторных измерений, фото- и киносъемки боеголовок ракет, входящих в атмосферу.
Над центропланом имелся блистер. где сидел наводчик и вручную наводил фото- и киноаппаратуру на боеголовки с помощью оптического прицела. Как только цель захватывалась. слежение брала на себя автоматика. Во избежание бликов, могущих «ослепить» аппаратуру, верх правого полукрыла и внутренние части мотогондол правых двигателей окрашивались в черный цвет, а вокруг блистера наводчика был нарисован большой черный круг.
Кроме того, иод фюзеляжем сразу за носовой стойкой шасси располагался каплеобразный радиопрозрачный обтекатель, сбоку — квадратное окно и три радиопрозрачные панели неправильной формы, а справа у корневой части киля — каплеобразный обтекатель поменьше. На киле за вмонтированной в переднюю кромку антенной имелись две квадратные радиопрозрачные панели.
Самолет был поставлен 4157-му СК 1 марта 1963 г. 13 января 1969 г. он потерпел аварию на авиабазе Шимиа, расположенной на одноименном острове — одном из Алеутских островов вблизи советской границы. Пилоты не смогли остановить машину на обледенелой полосе (двигатели J57 не имели реверса тяги), и RC-135S, «спикировав» по крутой насыпи, разрушился. Никто не пострадал, но самолет восстановлению не подлежал — фюзеляж разломился пополам.
Два следующих RC-135S были спешно переделаны фирмой «И-Системз» из летающих лабораторий NC-135B. когда разбился RC-135E и следить за испытаниями советских ракет стало нечем. Эти машины сильно отличались от первого экземпляра. а потому имели иное кодовое название — «Кобра Болл» (клубок кобр). Учтя печальный опыт с бортом 59-1491, за основу взяли машины, оснащенные двигателями с реверсом тяги. В отличие от некрашеного первого экземпляра, эти самолеты имели серо-белую окраску.
Первый «гадюшник», "Кобра Болл- I" (борт 61-2663), был поставлен 24 октября 1969 г. В исходном варианте имел справа два диполя (средний и нижний, если сравнивать с первым RC-1S5S) и три больших круглых окна, причем переднее было закрыто сдвижной крышкой. За ними размещались спектрометр и две системы фотоаппаратов и оптических датчиков. В хвостовой части фюзеляжа находилась фотолаборатория. позволявшая проявлять пленку прямо в полете.
Под фюзеляжем спереди были три штыревые антенны, сзади — лепестковая антенна, а по бокам хвостовой части — каплеобразные обтекатели с плоскими бортами по типу RC-135M. Киль не окрашивался, и потому за антенной, врезанной в переднюю кромку, хорошо просматривались три квадратные радиопрозрачные панели.
Позже оба диполя сняли, а на месте нижнего (под первым и вторым окнами) появился — зализанный- спереди и сзади коробчатый обтекатель. Еще позже его тоже сняли, а вместо него справа за носовой стойкой шасси установили большой квадратный радиопрозрачный «короб» с антеннами. От него тянулись назад до передней кромки крыла три большие шлейфовые антенны: нижняя антенна был чуть короче остальных. Антенны служили для перехвата сигналов телеметрии.
Крышку на первом окне сняли, позади второго окна прорезали еще одно (1+2+1); над двумя средними окнами и иод корневой частью правого полукрыла крепились еще две короткие шлейфовые антенны. В первом окне размещалась система слежения среднего инфракрасного диапазона
MIRA, разработанная фирмой «Текстрон», в двух средних — оптическая система слежения и видеозаписи изображения в реальном времени, а в последнем — телескоп с фокусным расстоянием 300 мм, позволявший отслеживать и фотографировать малоразмерные цели.
Сверху перед двумя средними окнами появился один диполь. Дальше назад размещались три небольших каплеобразных выступа (два над центропланом, один за крылом) и две антенны спутниковой связи в виде этаких грибков. На правом полукрыле была смонтирована направленная вперед УКВ-антенна. В таком виде самолет летал как минимум до начала 1993 г.; по некоторым источникам, программа, в которой он применялся, называлась «Бернинг Стар» (горящая звезда).