Исходя из наличия единого стартового контейнера габариты П-6 и П-5 были практически одинаковыми. Размещение громоздкой радиотехнической аппаратуры потребовало некоторого сокращения длины бакового отсека и, соответственно, уменьшения дальности полета по сравнению с П-5. С другой стороны, максимальная скорость полета П-6 возросла с 1300 – 1400 км/ч (у П-5) до 1400 – 1500 км/ч. При практически одинаковых двигателе, массе и геометрии ракеты прирост скорости определялся переходом на большие высоты полета. П-5 летела на высоте до 1000 м, которая определялась, с одной стороны, стремлением обеспечить скрытность от РЛС противника, с другой – безопасностью от столкновения с возвышенностями. Высота полета П-6, выбираемая из условий заблаговременного обнаружения цели радиолокационной бортовой аппаратурой и надежного информационного взаимодействия ракеты и подводной лодки с использованием радиолинии, была намного выше – до 7000 м. В разреженном воздухе П-6, как и большинство реактивных самолетов, развивала большую скорость.

Создание бортовой системы управления «Антей» и корабельной «Аргумент» велось в НИИ-49 в основном под руководством М.В. Яцковского, хотя в 1961 – 1962 гг. работы возглавлял Н.А. Чарин. Разработкой бортовой аппаратуры руководил И.Ю. Кривцов, корабельной – В.Н. Яковлев.

Высокая степень унификации П-6 и П-5 позволила при изготовлении в Реутове первых летных образцов П-6, по сути дела, доработать три ракеты П-5, ранее выпущенные заводом №475 в Смоленске (в дальнейшем прекратившим производство челомеевских изделий и полностью переключившимся на тематику филиала ОКБ-155 в Дубне). В последующие годы изготовление опытных П-6 велось и на заводе №292 в Саратове.

Первый этап летно-конструкторских испытаний включал до шести пусков ракет без радиотехнической аппаратуры, выполненных с наземной пусковой установки в период с 23 декабря 1959 г. по июль 1960 г. В четырех из них проводилась отработка автопилота бортовой аппаратуры «Антей».

Далее с расположенного северо-восточнее Северодвинска берегового полигона «Ненокса» сначала со стационарного, а потом и с качающегося стенда с июля по октябрь 1960 г. было осуществлено шесть пусков. Но они сопровождались систематическими отказами радиотехнической части бортовой аппаратуры «Антей». Новизна поставленных задач определила множество конструктивных и технологических недоработок, которые не удалось своевременно выявить из-за недостаточного объема наземных исследований. Сами летные испытания не были обеспечены необходимой контрольно-проверочной аппаратурой, что также способствовало допуску к испытаниям некондиционных ракет. В результате пуски пришлось прервать более чем на полгода.

Летно-конструкторские испытания возобновились в августе 1961 г. Проведенные до 6 декабря пуски семи ракет с доработанной радиотехнической аппаратурой прошли более успешно. Были зафиксированы два прямых попадания, что позволило в следующем году перейти к совместным летным испытаниям с берегового стенда. С мая по декабрь было выполнено еще 13 пусков, в том числе семь успешных. Один из пусков состоялся в «высочайшем присутствии» в ходе так называемой «операции «Касатка» – посещения Северного флота Н.С. Хрущевым в сопровождении ряда других партийно-государственных и военных руководителей.

В ходе испытаний внесли дополнительные доработки, в результате чего повысилась помехоустойчивость аппаратуры, была введена пространственная стабилизация антенны бортового радиолокационного визира.

По результатам совместных испытаний государственная комиссия рекомендовала комплекс к принятию на вооружение после проведения пусков с кораблей. Теперь задержка в проведении дальнейших работ определялась неготовностью лодок. Доводилась и корабельная аппаратура, в частности, счетно-решающий прибор системы «Аргумент».

Пуски с корабля начались с головной лодки пр. 675 северодвинского завода – К-166. Она обогнала как официально головную лодку этого проекта, строившуюся в Комсомольске-на-Амуре, так и дизельную лодку пр. 651. Государственные испытания начались 11 июня. Из пяти запущенных ракет, включая две отстрелянные залпом с интервалом в 15 с, только одна попала в цель. Две ракеты подвела бортовая аппаратура на конечном участке полета, одну – ошибочные команды корабельной аппаратуры «Аргумент». Кроме того, на одной из ракет не запустился левый стартовый двигатель.

Крылатая ракета П-6 в предстартовой конфигурации.

Схема крылатой ракеты П-6.

Пришлось прервать испытания и заняться доработкой бортовой и корабельной аппаратуры. При пусках трех ракет 30 ноября, проведенных в сложных метеоусловиях (ветер до 15 м/с, волнение 4-5 баллов) два изделия поразили цель, а третье самоликвидировалось уже за целью. Пуски двух П-5Д прошли вполне успешно.

Головная дизель-электрическая подводная лодка К-156 пр. 651 была представлена на государственные испытания на три недели раньше К-166, но эти испытания дважды надолго прерывались из-за массового выхода из строя серебряно-цинковых батарей. В результате пуски провели только 21 ноября, когда основные проблемы с П-6 были уже решены в ходе испытаний атомной К-166. Все три запущенные П-6 попали в корабль-цель пр. 1784. Найти в районе цели следы единственной запущенной П-5 не удалось, но этот казус, видимо, никого особенно не огорчил.