综合测试部队在海上航行了两周，进行了各种弹射器起飞试验，并在不同侧风和过甲板风下进行阻拦回收。F-35C重新设计的尾钩性能良好，这是导致航母试验稍微推迟的主要原因之一。在接受《Navy Times》采访时，VX-23的着舰信号官克里斯.卡拉波斯托尔斯(Chris Karapostoles)上尉解释说，F-35C可以更快、更平稳地调整进场，使其更有可能钩住第3条阻拦索，这是理想的着舰方式。截至2014年11月13日，F-35C已完成102次弹射和104次阻拦着舰，满足了DT-I计划的95%的数量要求。DT-I期间的测试非常顺利，促使官员考虑在离船前开始夜间作业。
2011年9月26日, CF-03号机为第一次蒸汽弹射器起飞做准备。
2015年10月9日，位于诺福克基地的德怀特.艾森豪威尔号航母(USS Dwight D Eisenhower CVN-69)上的第二次海上测试开始。CF-03和CF-05再次上船，于10月2日首次降落。在第二天展开了为期八天的DT-II阶段研发测试。检测F-35C在海上环境中的适用性和集成度，DT-II阶段包括模拟维修操作以及飞机与辅助设备的一般维修及装配测试。此外，它还评估了第3代头盔显示器，并包括了首次夜间海上飞行。
五名试飞员参与了评估，其中包括高风险飞行，测试了飞机在降低空速下起飞的能力，重量在55000至60000磅(24948至27216千克)之间，满载燃料、2000磅(907千克)GBU-31教练弹和两枚AIM-120中距弹。战斗机还使用了最大加力从船的两个船首弹射器起飞，这2个弹射器配备了改进的气流偏转器。测试还评估了联合精密进进场和着陆系统(JPALS)，该系统提供恶劣天气下的精确进场和着舰能力。试验期间，这艘船在高达40kt的侧风中航行。第三阶段(DT-III)于2016年8月14日在弗吉尼亚州海岸外的乔治.华盛顿号(USS George Washington CVN-74)上开始，完成了600多个测试点，并挂载GBU-12激光制导炸弹和AIM-9X响尾蛇导弹进行弹射和回收。这包括对称和非对称外挂物的进场操纵品质检测，所谓的三角飞行轨迹测试，联合精密进场和着陆系统测试，侧风和最大重量弹射。
2011年8月，F-35C CF-03在新泽西州麦奎尔-迪克斯-树林湖联合基地进行弹射器起飞试验。
服役
与美国空军和海军陆战队相比，美国海军在服役的战略上更具试探性。2013年6月22日，无线电呼号为“Gunfighter 11”的F-35C降落到佛罗里达州埃格林空军基地，VFA-101中队“暗黑镰刀手”向着最初的机队换装中队迈出了第一步。VFA-101中队F-35C的第一次飞行任务是于8月14日从埃格林基地发起的，当时太平洋舰队海军航空兵司令大卫.巴斯(David Buss)少将批准了中队的临时飞行安全状态。该中队开始培训最初的教官飞行员骨干，并开始起草航母资格认证(CQ)大纲，然后由中队在DT-III的最后阶段进行测试。
F-35C CF-03于DT-I试验期间降落在尼米兹号上。
上船前几周，VFA-101开始在密西西比州的梅里迪安海军航空站进行“弹跳”飞行----航母上舰实践。随后，中队的4架F-35C随后于8月14日从埃格林直接登上乔治.华盛顿号，开始第一批舰队飞行员资格认证。中队的15名飞行员中，共有12人部署到航母上。中队的着舰信号官格雷厄姆.克利夫兰(Graham Cleveland)上尉说：“看到每个人都表现得如此出色，真是太棒了。我们在船上的时间不到24小时，几乎每个人都是合格的，没有出现一次“螺栓”(当尾钩错过了所有的阻拦索)。我们没有听到任何来自着舰信号官的尖叫声，也没有一个飞行员钩住了第一根阻拦索，这比第二根或第三根阻拦索更危险。我们也没有看到任何因不安全方法而出现的动摇。”
试验期间，CF-05号机的外部挂满了GBU-12和AIM-9X。
新的F-35技术起了很大的作用。三角飞行轨迹(DFP)是美国海军与洛克希德.马丁公司密切合作开发的。在着陆前的最后几秒，它把精确的飞行阶段部分地自动化了。在没有三角飞行轨迹的情况下，一个普通的飞行员在着陆前的最后18秒里对油门、操纵杆和方向舵进行200到300次小修正。三角飞行轨迹，以及同时为F/A-18大黄蜂开发的魔毯软件，将飞行员的这些修正减少到平均只有20次。预计这个数字甚至会降到10次以下！克利夫兰中尉说：“有了三角飞行轨迹，我们将航母上舰实践时间减少至4到6天。我希望海军能把每天的需求减少到6个架次”。
克里斯.塔伯特(Chris Tabert)少校准备于2018年3月19日进行系统开发与演示阶段的最后一次飞行，飞机的注意下方挂满了GBU-32 JDAM。
