Самолет изготовлен в основном из обычных алюминиевых сплавов типа 2024, но конструкция элементов и технология производства были новаторскими в авиации. Обшивка выполнена с беспрецедентно широким применением клееных слоистых панелей (90% по омываемой площади крыла и 80% – всего самолета) из дюралевых листов толщиной 0,25-1,0 мм с заполнителем. Размер панелей достигает 1,5x5,5 м. Слоистые панели обшивки крыла, обладающие небольшой кривизной, имеют стеклопластиковый (выбран из-за его теплоизолирующих свойств) или алюминиевый сотовый заполнитель, слоистые панели обшивки фюзеляжа подкреплены рифтованными внутренними листами. Для упрощения производственной оснастки и сборки все слоистые панели крыла имеют постоянную общую толщину 14,7 мм, а изменение толщины обшивки компенсируется изменением толщины заполнителя. На самолетах позднего выпуска некоторые панели с рифтами заменены на панели со стеклопластиковым сотовым заполнителем. Для приклеивания сотового заполнителя применен эпоксидно-фенольный клей «Эрбонд»422, для склеивания металла с металлом – резиново-феноловый клей «Металбонд»4021 («Пластилок»620). Клеевые соединения потребовали соблюдения жестких технологических требований (малые допуски, чистота склеиваемых поверхностей, организация ультразвукового контроля). Для крепления панелей к силовому набору используется титановый и стальной крепеж, минимальное количество которого позволило получить гладкую поверхность самолета. Участки, подверженные нагреву от выхлопных газов двигателей (элевоны и задняя часть обшивки гондол двигателей), имеют слоистую паяную конструкцию из нержавеющей стали с сотовым заполнителем из того же материала (допускается нагрев до +480°С). Несмотря на повышенную трудоемкость изготовления клееных и паяных конструкций, присущая им жесткость устранила проблему панельного флаттера, повысилась гладкость обшивки, упростился ремонт самолета и, самое главное, была достигнута более высокая, чем у всех современных американских бомбардировщиков, весовая отдача: относительная масса конструкции В-58 – 16,5%, B-36J -19,3%, B-52G – 16,9%, В-47Е – 17,6%.
Крыло многолонжеронное (шаг лонжеронов 280…380 мм) с расположением нервюр только в местах крепления элевонов, гондол двигателей и шасси. Корневая хорда крыла 16,54 м, САХ 11,02 м, удлинение 2,09; стреловидность 60° по передней кромке, 52° по линии 1/4 хорд и (-10°) по задней кромке; угол поперечного V равен (-2,2°); профиль у корня NACA 0003.46-64.069 с относительной толщиной 3%, на середине полуразмаха NACA 0004.08-63 с относительной толщиной 4%; крыло имеет выраженную коническую крутку в пределах первых 15% длины хорды; установочный угол +3°. Средства механизации крыла отсутствуют.