Le Martin XB-51, un avion d'attaque au sol américain à trois réacteurs, a fait son premier vol le 28 octobre 1949, arborant une conception non conventionnelle. Équipé de trois moteurs General Electric J47, une configuration inhabituelle pour un avion de combat, il présentait deux moteurs montés sous le fuselage avant dans des nacelles et un à l'extrême arrière avec une admission à la base de la dérive. Les ailes innovantes, avec une incidence variable balayée à 35° et une anodre de 6°, étaient équipées de volets de bord d'attaque et de volets pleine largeur. Les spoilers assuraient la majorité du contrôle de roulis, tandis que les ailerons sous-dimensionnés fournissaient une sensation au pilote. La combinaison d'une incidence variable et de volets à fentes permettait des décollages plus courts. Des décollages spectaculaires étaient une caractéristique notable des vols d'essai ultérieurs.
Le train d'atterrissage principal, similaire à celui du Boeing B-47 Stratojet, se composait de deux ensembles de roues en tandem dans le fuselage, avec des roues de déport à l'extrémité des ailes. Initialement testé sur un Martin B-26 Marauder modifié appelé "Middle River Stump Jumper", le XB-51 était une conception volumineuse mais aérodynamiquement "propre", intégrant presque tous les systèmes majeurs internalement. Il était doté d'une soute à bombes rotative, une caractéristique distinctive de Martin. Les bombes pouvaient également être transportées en externe jusqu'à une charge maximale de 10 400 lb (4 700 kg), bien que la charge utile de base spécifiée était de 4 000 lb (1 814 kg). Les avions de production étaient prévus pour être équipés de huit canons de 20 mm montés dans le nez.
L'équipage comprenait un pilote sous une verrière de type "chasseur" et un opérateur/navigateur du système de navigation et de bombardement à courte portée (SHORAN) dans un compartiment situé plus bas et à l'arrière du cockpit. Les deux membres d'équipage bénéficiaient d'un environnement pressurisé et climatisé, avec des sièges éjectables orientés vers le haut.
En 1950, l'US Air Force, en se basant sur l'expérience précoce de la guerre de Corée, a émis un nouveau besoin pour un intrus/bombardier de nuit afin de remplacer le Douglas A-26 Invader. Le XB-51 a été soumis, tout comme l'Avro Canada CF-100 et l'English Electric Canberra. Le XB-51 et le Canberra ont émergé comme les favoris.
Les vols d'essai ont démontré que le XB-51 était hautement manœuvrable à basse altitude, nettement plus rapide que le Canberra et plus rapide que la plupart des avions de chasse de l'époque. Cependant, sa faible endurance par rapport au Canberra a été décisive dans sa non-sélection. De plus, un facteur limitant la charge à seulement 3,67 g (36 m/s2) signifiait que la résistance générale de la structure était relativement faible, limitant les virages serrés en charge maximale. De plus, le train principal en tandem plus les déports du XB-51 étaient considérés comme inadaptés à la nécessité de voler depuis des bases avancées d'urgence.
Bien que le XB-51 n'ait pas été choisi pour la production, Martin a été sélectionné pour construire 250 Canberras sous licence, désignées B-57. La soute à bombes rotative de Martin a également été incorporée dans les variantes de production du B-57. Un "Super Canberra", intégrant d'autres caractéristiques du XB-51, comme les ailes et les plans de queue balayés, a été proposé. Cependant, cet avion prometteur, bien qu'offrant des performances supérieures au B-57, n'a jamais atteint le stade du prototype, principalement en raison de la complexité des modifications, nécessitant trop de temps pour la mise en œuvre et les essais avant la production.