Уверенность в перспективности нового комплекса вызвало предложение оснастить им Ту-95К-10 – проект, прорабатывавшийся согласно изданного 2 июля 1958 года ПСМ. Самолет должен был нести четыре ракеты К-10 в дополнение к ядерным бомбам, но первые же прикидки показали нецелесообразность такой модификации, требовавшей полной замены бортового оборудования при значительном ухудшении летных характеристик при подкрыльевой подвеске ракет.
Для авиационной ракетной системы К-10 правительственным постановлением устанавливался срок исполнения в 4-м квартале 1958 года, включая завершение совместных летных испытаний. Однако большой объем новых разработок затянул их создание, и первый Ту-16К-10 (№7203805) был подготовлен только в ноябре 1957 года, следующий (No7203806) – в декабре. К этому времени опытное производство ОКБ-155 представило и первую К-ЮС. Самолет был оборудован мощной РЛС с двухкональной аппаратурой обнаружения и наведения. Вместо кабины штурмана и прежней «бомбардировочной» РЛС «Рубидий» в объемистом носовом обтекателе размещалась антенна и аппаратура канала цели, обеспечивавшая обнаружение и сопровождение крупной цели с расстояния до 400 км, в подфюзеляжном обтекателе находилась антенна канала ракеты, служившая для ее наведения и коррекции на начальном этапе полета. Рабочее место оператора станции из- за недостатка «жилого пространства» в кабине оборудовали в специальной гермокабине в грузовом отсеке (подобно тому, как это было сделано на Ту-16КС). Для размещения ракеты сам грузоотсек удлинялся, а в фюзеляже демонтировался бак N©3. В грузоотсеке размещался балочный держатель БД-238 с механизмом уборки и выпуска ракеты, позволявший транспортировать К-ЮС в полуутопленном положении для уменьшения сопротивления в полете, а перед пуском выдвигать ее в стартовое положение, опуская вниз но 550 мм. Здесь же подвешивался дополнительный бак но 500 кг керосина для подпитки в полете топливной системы ракеты, обеспечивавший запуск двигателя, прогрев и вывод на режим под носителем. После пуска держатель убирался, а отсек закрывался профилированными створками, при нахождении ракеты на подвеске сложенными внутрь. Самолет получил также более мощные источники электропитания, необходимые для обеспечения работы РЛС, бортовых систем и аппаратуры ракеты. Первый полет опытного Ту-16К-10 состоялся 4 января 1958 года.
Наведение ракеты осуществлялось комбинированным способом: по требованиям автономности предпочтение отдавалось использованию активной радиолокационной ГСН, установленной на ракете, но из-за ограниченных возможностей бортовой аппаратуры и энергетики устойчивый захват и самонаведение были возможны с небольшого расстояния (порядка 15-20 км). Пуск же требовалось обеспечить с удаления, но порядок большего, и вывод ракеты на рубеж сомоноведения осуществлялся при помощи аппаратуры носителя и бортового автопилота. Соответственно, в систему управления и наведения К-10У входили самолетная станция, а также установленная на ракете аппаратура, осуществлявшая наведение в командном режиме по сигналам РЛС носителя, и радиолокационная ГСН, о также бортовая система управления, выполнявшая функции автопилота.
По условиям надежности запуска двигателя ракеты, он проводился на подвеске с выводом на форсаж (для чего носитель и оборудовался дополнительным боком). После сброса ракета шла в программном режиме с помощью автопилота, просоживаясь вниз но 1000-1500 м, после чего переходила в горизонтальный полет, удерживоя высоту по донным анероидного высотомера. С 70-й секунды полета на безопасном удалении от носителя управление К-ЮС переводилось в командный режим по лучу самолетной РЛС, осуществлявшийся оператором по азимуту (именовавшийся тогда «телеуправлением по методу совмещения»). Положение ракеты и цели он контролировал на индикаторе в своей кобине, стараясь удерживать их совмещенными.
С выходом на удаление 105 км от цели по команде с носителя ракета начинала пикировать с углом 13-18 град, а по достижении высоты 2400 м – полого снижаться с углом 3-8 град., занимая высоту 800-1000 м (вторую стабилизированную высоту). Удерживать на курсе ее продолжал оператор. Через 130 секунд после первой команды, когда ракета находилась в 15-20 км от цели, включалась ее ГСН, захватывавшая цель и выполнявшая автосопровождение до самого попадания. Участие самолето на этом этапе ограничивалось сопровождением цели бортовой РЛС и контролем за полетом ракеты по сигналам ее ответчика, осуществлявшимся оператором но выходе из атаки. В отличие от «Кометы», траектория полето которой была почти прямолинейной. К-10С осуществляло маневрирование в горизонтальной и вертикальной плоскости (впрочем, не с целью затруднения работы вражеской ПВО, а по условиям этапов наведения).