Государственные испытания комплекса «Луна» производились в два этапа и на нескольких полигонах: стрельбы — на Ржевке под Лениградом, ходовые испытания — в Бронницах и в Кубинке под Москвой. Испытания эти проводились одновременно — с января по март 1960 г.
На Ржевку были доставлены две пусковые установки 2П16 № 503 и № 504, две транспортные машины 2У663, три автокрана К-51, АК-5Г и К-121, автомобиль МАЗ-200 и другое оборудование. За время испытаний проведено 73 пуска ракет с различными головными частями. Все пуски проходили нормально, кроме 29-го, когда ракета вместо 10 км пролетела всего 2,5 км. Причина неудачи была найдена быстро — подвела недостаточная точность баллистических таблиц. Пусковую установку 2П16 № 503, с которой неудачно стартовала ракета, отправили в НИИДТ в Бронницы, где ока совместно с еще одной пусковой установкой 2П16 № 501 продолжила ходовые испытания. Обе пусковые установки прошли более 3000 км каждая. Максимально низкая температура в ходе испытаний достигала -27 °C.
Были выявлены недостатки машин, для устранения большинства которых достаточно было мероприятий, вносимых в эксплуатационную документацию. Но некоторые недостатки, выявленные на испытаниях, требовали вмешательства конструкторов. Например, требовалась разработка нового крепления, исключающего упругое и остаточное перемещение ракет на походе.
В целом вывод подкомиссии по испытаниям был таким: «По ходовым испытаниям машины отвечают предъявленным требованиям и могут быть рекомендованы для принятия на вооружение Советской армии».
А тем временем на Ржевку прибыла пусковая установка 2П16 № 502, с которой продолжались пуски ракет. На предпоследнем, 72-м, пуске через 0,5 с из-за дефекта пороховой шашки произошел разрыв корпуса переднего полудвигателя. Это происшествие, естественно, повлияло на выводы комиссии по испытаниям, тем более что в ходе испытаний отмечались и другие недостатки элементов комплекса «Луна». Автокраны из-за плохой маневренности не успевали за пусковыми установками, а к транспортной машине 2У663 комиссия высказала целый ряд претензий, в том числе недостаточная прочность рамы, отбойников и торсионов. Низкая проходимость по сравнению с пусковой установкой и система обогрева не отвечала требованиям тактико-технического задания.
Выводы Государственной комиссии с учетом двух этапов испытаний были следующие:
«1. Ракета «Луна» и пусковая установка 2П16 рекомендуются для приемки на вооружение.
2. Ходовой ресурс пусковой установки 2П16 утвердить 2000 км.
3. Автокраны АК-5Г и К-51 принять, однако, учитывая малую проходимость этих кранов, снижающих маневренность комплекса, рекомендуется разработать кран на шасси высокой проходимости.
4. Транспортная машина 2УС63 не может быть принята на вооружение»»
С 1959 г. по 1964 г. гусеничная пусковая установка 2П16 была самой массовой продукцией завода «Баррикады». Так, цеху № 4 необходимо было собрать в 1960 г. 80 пусковых установок 2П16 и 100 транспортных машин 2У663. В декабре 1961 г. 4-й цех собрал 33-ю транспортную машину 2У663, после чего поступил приказ прекратить сборку. Но как комплексу «Луна» обойтись без транспортной машины? Ведь одну уже «зарезал» Хрущев, а другая не получилась. Спасая свое детище, главный конструктор комплекса Мазуров срочно выехал в Брянск, где на территории завода «Арсенал» (ныне АОО «Брянский арсенал») выпускались транспортные тележки 8Т13Т с рессорной подвеской в сцепке с седельным тягачом ЗИЛ-157В. Тележка предназначалась для транспортировки по шоссе и грунтовым дорогам одной ракеты 8А61 (8К11) весом 5 т. Транспортная машина входила в комплекс, разработанный в ОКБ-1 под руководством С.П.Королева, и была надежна в эксплуатации. Это подтвердили из Куйбышева, куда она поставлялась. НИИ-1 заключил с брянским заводом договор на ее доработку для перевозки ракет «Луна». Новой транспортной машине присвоили индекс 8Т137Л.
Однако расчеты, проведенные сотрудниками КБ завода «Баррикады», показали, что «…прочность рамы 8Т137Л соответствует 58,2 % от прочности рамы полуприцепа 2У663; полуприцеп 8Т137Л для транспортировки двух изделий ЗР10 непригоден». К таким же выводам пришли и военные эксперты под руководством генерал-майора технических войск Удовикова. А практические испытания машины 8Т137Л, проведенные на Ржевке с 17 марта по 12 мая 1961 г., показали: «Использование в военное время неприемлемо». Ракета Королева, уложенная по центральной оси, возилась, а две ракеты Мазурова, меньшие весом, ломали транспортную машину.
Тогда Мазуров решил передать транспортную машину 2У663 Тюменскому судостроительному заводу № 45 «для окончательной доработки и продолжения серии».
В 1961 г. завод «Баррикады» изготовил 10 пусковых установок 2П16. Последняя же 2П16 была закончена 11 августа 1964 г. Однако баррикадцам пришлось помогать частям в эксплуатации этой пусковой установки вплоть до 1982 г., когда ее сняли с вооружения.