Первым пунктом Постановления ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 4 июня 1958 года, определившего очередные направления работ по ракетным и авиационным средствам ПВО, была задана разработка новой многоканальной зенитно-ракетной системы С-200. Ее средства должны были обеспечить перехват целей с эффективной поверхностью рассеяния (ЭПР), соответствующей фронтовому бомбардировщику Ил-28, летящих со скоростью до 3500 км/ч на высотах от 5 до 35 км на удалении до 150 км. Аналогичные цели со скоростью до 2000 км/ч должны были поражаться на дальностях до 200 км. Для высокоскоростных крылатых ракет «Блю Стил», «Хаунд Дог» с ЭПР, соответствующей истребителю МиГ-19, рубеж перехвата устанавливался на удалении 80—100 км. Вероятность поражения целей должна была составлять 0,7–0,8 на всех рубежах.
Генеральным конструктором системы был определен А. А. Расплетин (КБ-1). Головным разработчиком зенитной управляемой ракеты было назначено руководимое П. Д. Грушиным ОКБ-2 ГКАТ. Разработка головки самонаведения была поручена ЦНИИ-108. Оценив возможные сложности «увязки» работающих в замкнутом контуре управления аппаратуры ракеты и комплекса средств наведения при их проектировании несколькими организациями, с января 1960 года разработку аппаратуры самонаведения ракеты взяло на себя КБ-1, куда в начале 1959 года была переведена из ЦНИИ-108 лаборатория ведущего эту тему Б. Ф. Высоцкого. Его и назначили главным конструктором по головке самонаведения (ГСН) при общем руководстве А. А. Расплетина. Лабораторию по разработке радиолокатора подсветки целей возглавил К. С. Альперович.
Аванпроект системы, предусматривавший основные принципы построения системы С-200 с радиолокационными средствами 4,5-сантиметрового диапазона был создан А. А. Расплетиным с единомышленниками еще в 1958 году. На этой стадии предусматривалось применение в системе С-200 ракет двух типов: В-860 с осколочно-фугасной боевой частью и В-870 со специальной боевой частью. Наведение на цель ракеты В-860 должно было производиться с использованием полу-активной радиолокационной головки самонаведения при постоянном подсвете цели радиолокационными средствами системы от момента захвата цели ГСН при нахождении ракеты на пусковой установке и во время всего полета ракеты.
Эскизный проект на ракету В-860 был выпущен в конце декабря 1959 года, но ее показатели были скромнее, чем заявленные данные уже поступившего на вооружение американского комплекса «Найк-Геркулес» или на «400-ю» ракету для «Дали». Решением ВПК от 12 сентября 1960 года было задано довести дальность поражения С-200 сверхзвуковых целей с ЭПР, равной Ил-28, до 110–120 км, а дозвуковых — до 160–180 км. Командный пункт системы предполагалось оснастить средствами радиолокационной разведки и цифровой линией связи для обмена информацией с вышестоящим КП для передачи целеуказаний, информации о состоянии ЗРК, координат сопровождаемых целей, сведений о результатах ведения боевой работы.
Зенитный ракетный комплекс (ЗРК) включал в свой состав радиолокатор подсветки цели (РПЦ), стартовую позицию с шестью пусковыми установками, средства энергообеспечения, вспомогательные средства. ЗРК позволял одновременно производить последовательный обстрел трех воздушных целей с обеспечением одновременного самонаведения на каждую цель двух ракет. В системе впервые применялась цифровая ЭВМ.
Отраженный от цели зондирующий сигнал радиолокатора подсветки цели принимался головкой самонаведения и сопряженным с ГСН полуактивным радиовзрывателем, работающим по тому же отраженному от цели эхо-сигналу, что и ГСН. В комплекс бортового оборудования ракеты включался также контрольный ответчик. Для контроля за ракетой на всей траектории полета к цели применили линию связи «ракета — РПЦ» с бортовым передатчиком малой мощности на ракете и простейшим приемником с широкоугольной антенной на РПЦ. При отказе или неправильных маневрах ракеты линия прекращала работу.
Ракета В-860 в соответствии с представленным проектом была скомпонована по двухступенчатой схеме с пакетным расположением четырех твердотопливных ускорителей вокруг маршевой ступени с жидкостным ракетным двигателем (ЖРД).
На начальных стадиях проектирования зенитной управляемой ракеты большой дальности, первоначально обозначенной В-200, в ОКБ-2 исследовалось несколько компоновочных схем, в том числе и с последовательным размещением ступеней. Но принятая для ракеты В-860 пакетная (параллельная) компоновка обеспечивала значительное уменьшение длины ракеты, что давало целый ряд полезных свойств.
Для работы на ракете, имеющей возможность полета на скорости, в семь раз превышающей скорость звука, в ОКБ-2 применили остроумные рули-элероны трапециевидной формы: конструкция с торсионными связями обеспечивала автоматическое уменьшение угла поворота большей части руля при увеличении скоростного напора, что позволило уменьшить управляющие моменты.
Характерной особенностью ГСН ракеты В-860, в отличие от ранее отработанных радиолокационных головок самонаведения авиационных ракет, стало применение для выработки опорного сигнала расположенного на ее борту автономного высокочастотного гетеродина. Выбор такой схемы был обусловлен применением в РПЦ комплекса С-200 режима модуляции.
Наиболее нагреваемые в более чем минутном полете участки металлического корпуса ракеты покрывались теплозащитой. Вскоре после выпуска эскизного проекта были начаты работы по отработке радиопрозрачного обтекателя для головки самонаведения, к которым были привлечены ВИАМ, НИАТ и многие другие организации.
Решением ВПК от 5 марта 1960 года серийное производство ракет для С-200 (а их только для летных испытаний требовалось более сотни) было передано заводу № 272 (впоследствии «Северный завод»), который в том же году выпустил первые так называемые «изделия Ф» — ракеты В-860. Работы по двигателю Л-2 для маршевой ступени продолжались только в ОКБ-466 под руководством главного конструктора А. С. Мевиуса. Этот двигатель разрабатывался на базе однорежимного двигателя «726» ОКБ А. М. Исаева с максимальной тягой 10 т.
По мере выпуска рабочих чертежей к производству ракет и наземных средств комплекса были подключены более трех десятков институтов и предприятий Госкомитета СССР по радиоэлектронике и многие предприятия других министерств.
Рабочий проект опытной пусковой установки, которой был присвоен фирменный для ЦКБ-34 индекс СМ-99, был создан в 1960 году. Первая опытная пусковая установка, выпущенная заводом «Большевик», имела короткую качающуюся часть, но необходимость стыковки наземного оборудования с бортовым оборудованием, пневмо- и электромагистралями ракеты потребовала существенного удлинения балки и введения носового разъема.
Расположенный в Казахстане, к западу от озера Балхаш, полигон «А» Министерства обороны готовился к приему новой техники. Требовалось построить позицию радиотехнических средств и стартовую позицию в районе площадки «35». Первый бросковый пуск ракеты на полигоне «А» был произведен 27 июля 1960 года. Фактически летные испытания начались с использованием оборудования и ракет, крайне далеких от штатных по составу и конструктивному исполнению. На полигоне смонтировали спроектированную в ракетном ОКБ-2 так называемую «пусковую установку» — агрегат упрощенной конструкции без приводов наведения по углу места и азимуту, с которой было произведено несколько бросковых и автономных пусков.
Первый полет ракеты В-860 с работающим ЖРД маршевой ступени был осуществлен при четвертом опытном пуске 27 декабря 1960 года. До апреля 1961 года по программе бросковых и автономных испытаний было проведено 7 пусков ЗУР в упрощенном исполнении.
В конце 1960 года А. А. Расплетин был назначен ответственным руководителем и генеральным конструктором КБ-1, а входившее в его состав конструкторское бюро по зенитным ракетным комплексам возглавил Б. В. Бункин. Для сопровождения серийного выпуска ракет системы С-200 на заводе № 272 было создано специальное конструкторское бюро, которое впоследствии занялось и модернизацией этих ракет, так как основные силы ОКБ-2 переключились на работы по комплексу С-300. В 1961 году 18 из 22 проведенных пусков дали положительные результаты.
Первый пуск ракеты с управлением от ГСН в замкнутом контуре наведения провели 16 июня 1962 года. В июле и августе состоялись три успешных пуска в режиме самонаведения ракеты на реальную цель. В третьем пуске в качестве самолета-мишени использовался Як-25РВ. Далее на протяжении осени было проверено функционирование ГСН по контрольным целям — МиГ-19М, парашютной мишени М-7 и по высотной цели — Як-25РВМ. Позднее, в декабре, автономным пуском ракеты была подтверждена совместимость оборудования стартовой позиции и РПЦ. Но по-прежнему основной причиной низкого темпа испытаний системы были задержки в производстве ГСН из-за ее недоведенности, проявившейся прежде всего в недостаточной виброустойчивости высокочастотного гетеродина.
В этих условиях А. А. Расплетин принял решение по организации работ по двум направлениям. Предусматривалась, с одной стороны, доработка существующей головки самонаведения, а с другой — создание новой ГСН, более пригодной для крупносерийного производства. Доработка существующей ГСН 5Г22, не выдерживавшей заданных вибраций, требовала больших усилий. Другая, принципиально новая головка самонаведения 5Г23 стала собираться уже не из «россыпи» множества отдельных радиоэлектронных элементов, а из четырех предварительно отлаженных на стендах блоков. Заметим, что описываемая головка самонаведения представляла собой исключительное по сложности электронно-механическое устройство, сочетавшее в себе первые инженерные решения сразу нескольких сложнейших задач. В этой напряженной обстановке Б. Ф. Высоцкий, с самого начала возглавлявший работы по ГСН, в июле 1963 года ушел из КБ-1.
В условиях отставания работ от первоначально заданных сроков в 1962 году было проведено дополнительное техникоэкономическое обоснование разработки С-200. Эффективность полка С-75 трехдивизионного состава приближалась к соответствующему показателю группы дивизионов системы С-200, при этом территория, прикрываемая новой системой, в три-четыре раза превышала зону, контролируемую полком С-75.