Второй пуск, из надводного положения стенда, был очень важным. Его результаты подтвердили возможности старта ракет комплекса Д-9 с подводных лодок не только из подводного, но, в случае необходимости, и из надводного положения.
После седьмого пуска комиссия приняла решение о возможности перехода ко второму и третьему этапам испытаний.
В 1967—1968 гг. на полигоне в Балаклаве провели 7 пусков ракеты 4К-75Б со стенда ПСД-9. Первый пуск состоялся 18 сентября 1967 г.
На первых двух пусках происходили события, в которые не верили судостроители, — вырывало шахту, и она всплывала вместе с цистерной плавучести. Очевидно, что если бы эти испытания производились с подводной лодки, она бы погибла. По этим пускам была произведена корректировка крепления шахты к корпусу подводной лодки. Во время третьего пуска прошла команда АВД (аварийное выключение двигателя). Стенд сняли с позиции и вернулись в Балаклаву, причем стенд не хотели туда пускать с аварийной ракетой. Был разработан план аварийных работ со всеми возможными мерами безопасности, и только тогда испытателей пустили в Балаклаву.
Дальнейшие пуски ракет Р-29 проводились на полигоне Капустин Яр (20 пусков) и в Баренцевом море с подводных лодок проектов 701 и 667Б (20 пусков).
Постановлением Совмина № 177—67 от 12 марта 1974 г, комплекс Д-9 с ракетой Р-29 был принят на вооружение ВМФ.
В конце 1970 г. — начале 1971 г. в руководстве ВМФ возникла идея замены комплекса Д-5 на атомных подводных лодках проекта 667А на новый более эффективный. На конкурсной основе было рассмотрено два проекта: на твердом топливе — КБ «Арсенал» (главный конструктор П.А. Тюрин) и на жидком ракетном топливе — СКБ-385 (главный конструктор В.П. Макеев). В итоге конкурса, проведенного в институте № 28 ВМФ, выбор пал на проект КБ «Арсенал».
10 июня 1971 г. вышло Постановление Совмина № 374—117, согласно которому КБ «Арсенал» приступило к работам по проектированию ракеты Р-31 комплекса Д-11.
Одним из требований заказчика было сохранение прежнего диаметра шахты, чтобы не затронуть прочный корпус подводной лодки. Это условие ограничивало увеличение размеров ракеты, что, в свою очередь, сокращало возможности по увеличению дальности ракеты. По просьбе разработчиков КБ «Арсенал» заказчик разрешил немного увеличить высоту шахты. Размеры диаметра ракеты были выбраны предельными, оставляя зазор между ракетой и шахтой минимальным по условиям размещения системы амортизации. При таких ограничениях удалось обеспечить заданную дальность полета, но за счет увеличения веса ракеты. Этот, казалось бы, недостаток обернулся рядом преимуществ. Так, при старой схеме старта заполнение шахты водой требовало мощных насосов, шум которых демаскировал подводную лодку, увеличивал время предстартовой подготовки, следовательно, это снижало боеготовность и боевую устойчивость подводной лодки.
В комплексе же Д-11 происходил сухой старт с помощью порохового аккумулятора давления, при задействовании которого ракета выталкивалась пороховыми газами, разделительная мембрана прорывалась пороховыми газами и ходом ракеты. Это позволяло осуществить катапультируемый старт при погружении подводной лодки на глубину 50 м, при ходе корабля до 5 узлов и при волнении моря до 8 баллов. Причем запуск маршевого двигателя происходил над водой, что также было условием заказчика, в целях большей безопасности подводной лодки.
Для бросковых испытаний КБ завода «Арсенал» разработало испытательный реактивный снаряд (ИРС). И PC по весу и габаритам соответствовал ракете. На нем был установлен двигатель 1-й ступени со штатной камерой сгорания, но заряда топлива хватала только для обеспечения увода ИРС в сторону от погружающегося стенда, чтобы не повредить его. Штатный вес ИРСа создавался четырьмя грузами весом 3,3 т. Грузы крепились пироболтами. Предусматривалось, что на воздушном участке грузы будут отстреливаться и ИРС, получив положительную плавучесть, после приводнения не утонет, его можно будет использовать для следующих экспериментов. В головной части ИРСа были размещены сбрасываемые и вылавливаемые емкости с кассетами телеметрической системы «Мир». На головной части был установлен узел формирования каверны. Каверна была необходима для стабилизации ракеты на подводном участке, так как под водой ракета шла без работающих двигателей. Запуск двигателя предусматривался только после выхода ракеты из воды.
В 1972 г. в Балаклаву был доставлен модернизированный под Р-31 погружающийся стенд ПСД-9. В 1972—1976 гг. в Мраморной бухте провели 17 пусков макетов ракеты Р-31, причем 3 из них провели их подводного положения стенда. Затем испытания были перенесены на другие полигоны.
В 1980 г. комплекс Д-11 приняли в опытную эксплуатацию на подводную лодку К-140. Кроме того, 1 сентября 1969 г. вышло постановление Совмина о создании атомной подводной лодки проекта 999, вооруженной 16 ракетами Р-31. Проектирование лодки велось в ЦПБ «Волна». В конце 1973 г. работы по подводной лодке проекта 999 были прекращены в связи с переходом ЦПБ на новую тематику. Согласно договору ОСВ-1 все оставшиеся ракеты Р-31 были уничтожены выстреливанием с подводных лодок, а К-140 была списана в январе 1990 г.
Последней баллистической ракетой, испытанной на Балаклавском полигоне, стала ракет Р-39 комплекса Д-19.
Р-39 имела три ступени с твердотопливными двигателями. В состав боевой части входило десять боеголовок и жидкостный реактивный двигатель, обеспечивавший индивидуальное наведение головки на цель. Стартовый вес ракеты составлял 90 т.
Для проведения испытаний ракеты Р-39 в Николаеве был построен новый плавучий стенд. А Кронштадтский морской завод переоборудовал дизельную ракетную лодку К-159 проекта 629А в проект 619. В лодке была размещена только одна шахта для запуска ракет Р-39, После переоборудования лодка получила наименование БС-153 и была по внутренним водным путям переведена на Черное море.
По проекту Д-19 в Мраморной бухте с погружающегося стенда было произведено 7 пусков (первый состоялся в сентябре 1977 г.).
26 октября 1978 г. БС-153 вошла в состав 155—1 бригады подводных лодок. 29 декабря она произвела под Балаклавой первый в ВМФ СССР пуск ракеты комплекса Д-19. В 1979 г. провели еще 6 удачных пусков.
До 1987 г. подводная лодка БС-153 под командованием капитана 1 ранга М. Горишного обеспечивала испытания новой техники, затем с января 1987 г. была переведена в состав 153-й бригады подводных лодок и начала подготовку к испытаниям по плану объединения «Рубин». Но в сентябре 1990 г. в связи с невозможностью дальнейшего использования по прямому назначению и нецелесообразностью восстановления она была исключена из состава ВМФ и сдана на металлолом.
На совместных летных испытаниях с наземного стенда на полигоне Капустин Яр было запущено 17 ракет Р-39. Больше половины пусков были неудачными из-за недоработки двигателей первой и второй ступеней. После доработки двигательных установок начались пуски ракет с головной подводной лодки типа «Акула». Из 13 пусков 11 были успешны.
После окончания совместных летных испытаний комплекс Д-19 с ракетой Р-39 и головной крейсер ТК-208 проекта 941 подвергли интенсивной эксплуатации, по положительным результатам которой комплекс Д-19 был в 1984 г. принят на вооружение.