Уже во второй половине пятидесятых годов система К-5 рассматривалась как устаревшая и не планировалась к применению на перспективных самолетах. Однако, обстоятельства сложились так, что с некоторыми доработками она стала основой вооружения Су-9 – наиболее скоростного и высотного советского перехватчика первой половины шестидесятых годов.
Прототип этого самолета – Т-3 – предполагалось вооружить более современными ракетами типа К-7 или К-6. Однако, обеспечивающая их применение РЛС "Алмаз-3", как и станции семейства "Изумруд", включала две антенны, что затрудняло ее размещение в сверхзвуковом воздухозаборнике. В попытках довести скорость Т-3 до уровня его аналога со стреловидным крылом, фронтового истребителя С-1, перехватчик оборудовали аналогичным воздухозаборником. Первоначально эти работы носили чисто экспериментальный характер, так как предполагалось, что в небольшом центральном теле не удастся разместить ничего, кроме радиодальномера. Однако, к этому времени в КБ-1 коллектив под руководством К.Н. Патрухина на базе опыта работ по головкам самонаведения крылатых ракет сумел разработать достаточно эффективную самолетную РЛС ЦД-30, способную, в частности, обеспечить наведение очередной модификации ракет семейства К-5М. Предварительно на экспериментальном варианте Миг-17ПФУ – СП-16 был испытан опытный радиолокатор ШМ-60 все того же КБ-1. В результате, 28 декабря 1957 г. вышло Постановление № 1843-619, обязывающее ОКБ П.О. Сухого оснастить Т-3 РЛС ЦД-30 и ракетами К-5М.
Для применения в более широком диапазоне условий пуска и совмещения с новой РЛС предстояло вновь доработать ракету. Очередной вариант получил обозначение К-51 (изделие "ИС"), но в ряде документов использовалось обозначение К-5МС. Доработке подлежали блок питания и аппаратура управления (пятый отсек) ракеты.
С развертыванием работ по К-51 в КБ-1 вновь оказался востребован один из прежних руководителей работ по ракете – Д.Л. Томашевич, которого в последний день мая 1958 г. назначили главным конструктором по К-51 в КБ-1. КБ-1, однако не располагало достаточной производственной базой для изготовления ракет. Поэтому спустя пару недель организация работ вновь претерпела ряд изменений. Приказом Госкомитета по авиационной технике калининградский завод N° 455 был определен в качестве опытной базы КБ-1 при проведении работ по К-51. Начальником КБ при заводе назначили М.Е. Екидовича, а техническое руководство возложили на Томашевича. Работавших в КБ-1 А.А. Колосова и Э.В. Ненартовича назначили главными конструкторами комплекса К-51 в целом и системы управления соответственно.
В соответствии с Постановлением от 16 апреля 1958 г. №41-198 применение системы К-51 предусматривалось как в составе авиационных ракетных комплексов перехвата Т-3-51 с размещением на самолете Т-3 четырех К-5М, так и в составе комплекса СМ-12-51 на самолете СМ-12 – варианте МиГ-19 с оптимальным для сверхзвуковых условий воздухозаборником с заостренными кромками и центральным телом. Отметим, что Постановлением предусматривалось также использование системы автоматизированного наведения истребителей – "Воздух-1". Использование директорного, а в дальнейшем и автоматизированного режимов наведения истребителя в сочетании с ракетным вооружением превращала перехватчик в первую пилотируемую ступень своего рода зенитной ракеты дальнего действия, сводя роль летчика к минимуму. Выход на летные испытания Т-3-51 и СМ-12-51 планировался, соответственно, в августе и сентябре 1958 г.
Еще до оформления Постановления, решением Военно-промышленной комиссии № 12 от 3 марта 1958 г. было задано переоборудование под комплекс К-51 одного из первых серийных Т-3 (заводской № 0103), а также изготовление на заводе № 153 еще трех ракетоносцев с представлением на испытания в мае-июле. В мае 1958 г. летчик- испытатель В.И. Ильин поднял в воздух первый носитель системы К-51 – самолет Т-43-2, переделанный для этих испытаний из ПТ-8. Под крылом сухо- вского носителя ракеты размещались на пусковых устройствах АПУ-19 (внутренняя пара) и АПУ-20 (внешняя пара).
В свою очередь, на заводе № 21 изготовили один СМ-12ПМ и два экземпляра подобного самолета с жидкостным ракетным ускорителем – СМ-12ПМУ. Еще в июне 1958 г. для проведения испытаний назначили летчиков Г.А. – Мосолова и К.К. Коккинаки. Однако, МиГ-19 устаревал все стремительней и после проведения на полигоне во Владимировке в сентябре – октябре 1958 г. заводских испытаний, а с 20 декабря – совместных государственных испытаний, по Постановлению от 4 июля 1959 г. № 735-338 работы по его ракетоносному варианту СМ-12-51 были прекращены.