2012年年中，F-35C的武器测试开始，F-35C不仅测试了机腹弹舱，更是使用翼下挂架携带了AIM-9X空对空导弹；
2013年，美国海军就成立了第一支F-35C的种子中队第101战斗攻击机中队（VFA-101），但同时发现F-35C着舰拦阻钩存在问题，需要调整；
经过约一年的试验，2014年2月份，洛马公司完成了F-35C新的拦阻钩试验，为该机展开航母测试扫清障碍。
从2014年11月开始，F-35C战斗机开始登上“尼米兹”号航空母舰，开展舰上测试工作，舰上测试分为两个阶段，分别是DT-1和DT-2，对F-35C的舰上运行性能进行全方位试飞，所有工作在2015年9月完成；此时的F-35C装备数量已经扩大到了6到8架，随后，美国海军在2017年又成立了F-35C的第二支“种子中队”第125战斗攻击机中队（VFA-125），进行深度测试。
到了这一步，其实F-35C的试飞工作已经基本完毕，后续无非是将F-35C弄到航母上真正形成战斗力的问题了，在2018年初，美国海军第147战斗攻击机中队（VFA-147）开始整建制改装F-35C，将原有的F/A-18E/F替换。而2018年8月，第147中队开始和第125中队联手，在“林肯”号航母上展开作战测试，在2019年年初，第147中队被宣布形成战斗力，归建第二舰载机联队，并在2021年6月份被正式部署到“卡尔文森”号航母上，开始了第一次实战部署，以“卡尔文森”号携带VFA-147为标志，F-35C的试飞工作，至此已全部宣告结束了。
