Проектирование и строительство новых ракет шло максимальными темпами практически параллельно. Каждый из конструкторов старался обогнать конкурентов и первым представить свой образец на испытания. Подобная спешка имела весьма печальные последствия — испытания новых ракет сопровождались целой чередой аварий и катастроф.
24 октября 1960 года сильно рвануло на Байконуре. В тот осенний день планировался первый испытательный пуск янгелевской Р-16, который пришлось отложить из-за обнаруженной неисправности в электросхеме. Ракета была уже полностью заправлена, по инструкции требовалось слить топливо, прежде чем приступать к устранению неисправности. Однако и ракетчики, и военные, стремясь любой ценой завершить испытания (ведь приближалось 7 ноября, надо было преподнести «ленинскому» ЦК и лично его первому секретарю очередной подарок!), пошли на грубейшее нарушение — обслуживающий персонал начал работы на заправленной ракете.
В непосредственной близости от стартовой позиции находились главнокомандующий РВСН главный маршал артиллерии Митрофан Неделин и создатель ракеты Михаил Янгель, поскольку ничто до этого не предвещало беду. Но в 18.45 бортовая автоматика неожиданно выдала команду на запуск двигателей второй ступени, пламя которых моментально разрушило топливные баки первой ступени, после чего произошел мощный взрыв и начался пожар.
В адском пламени мгновенно погибли десятки человек, множество людей получили страшные ожоги от огня и разлившейся азотной кислоты. Всего в результате взрыва и пожара погибли 126 человек, в том числе маршал Неделин, главный конструктор системы управления Б. Коноплев, заместитель министра Л. Гришин, заместитель начальника полигона Байконур А. Носов, заместители главного конструктора Концевой и Берлин. Лишь случайно уцелел сам Янгель — буквально за минуту до взрыва он отошел за бункер покурить.
Была полностью разрушена стартовая позиция, поэтому следующий пуск Р-16 состоялся только 2 февраля 1961 года. На этот раз обошлось без катастрофы, и летные испытания ракеты продолжались до конца года.
Параллельно с разработкой и испытаниями ракеты, шло проектирование, а затем и строительство шахтных пусковых установок. В Кремле решили все стратегические ракеты упрятать под землю.
Шахтный стартовый комплекс «Шексна-В» для ракет Р-16 состоял из трех шахтных пусковых установок, размещенных в одну линию на расстоянии несколько десятков метров, подземного командного пункта, хранилищ горючего и окислителя (ракеты находились в шахтах в незаправленном виде — заправка производилась только при полной боевой готовности).
Шахтная пусковая установка МБР Р-16 имела впечатляющие размеры — глубина до 46 метров, внутренний диаметр более 8 метров. Сверху шахту закрывало плоское многотонные сдвижное защитное устройство.
Ракета, приспособленная для подземного старта, получила обозначение Р-16У и впервые стартовала из шахтной пусковой установки «Десна-В» 13 июля 1962 года.
Для развертывания первых боевых ракет Р-16У был выбран район Плесецка, где в 1961 году началось строительство наземных и шахтных пусковых установок. Первый ракетный полк Р-16У состоял из трех дивизионов, два из которых имели по два наземных старта, а третий — три шахтные пусковые установки. Через год в строю было 50 ракет.
Развертывание боевых позиций МБР Р-16У шло быстрыми темпами — денег на создание ракетно-ядерного щита (или меча?) не жалели. К 1965 году их количество достигло максимума. РВСН получили 202 шахтные пусковые установки тяжелых межконтинентальных баллистических ракет Р-16У в нескольких районах базирования: у городов Бершеть (Пермская область), Нижний Тагил, Бологое (Калининская область), Итатки (Томская область), Йошкар-Ола, Новосибирск, Шадринск (Курганская область), Юрья (Кировская область).
Основным недостатком ракет Р-16У оставалось значительное время подготовки к пуску — 3 часа 10 минут, которое к 1966 году удалось сократить до двух с половиной часов. Недостаточную точность стрельбы — круговое вероятное отклонение составляло около десяти километров — планировали компенсировать повышенной мощностью ядерной боеголовки. Она варьировала от трех до шести мегатонн.
Использование группового старта также нельзя было признать удачным решением — одна американская ракета (точность стрельбы которых в несколько раз превосходила показатели советских ракет) могла уничтожить сразу три советские МБР.
В июне 1966 года пуск ракеты Р-16 из шахтной пусковой установки продемонстрировали президенту Франции Шарлю де Голлю, побывавшему в сопровождении Л.И. Брежнева и Р.Я. Малиновского на Байконуре. Осенью того же года пуски баллистических ракет показали руководителям социалистических стран.