Всего в 1959-1960 годах в строй было введено 23 ПЛ пр.629. Уже к 1960 г. (когда на боевом дежурстве еще не было ни одной МБР сухопутного базирования) в составе советского ВМФ находилось более десятка ПЛ пр.611-АВ и 629, вооруженных баллистическими ракетами Р- 11ФМ.
Ракетный комплекс Д-1 находился на вооружении ПЛ в течение девяти лет.
С 1958 г. по 1967 г. было произведено 77 пусков ракет Р-11ФМ, из которых 59 были успешными. 3 пуска были неудачными из-за отказа систем ракет, 7 – из-за ошибок личного состава или неточного определения места лодки, причины восьми установить не удалось. Ракетный комплекс Д-1 был снят с вооружения в 1967 году.
Первой отечественной баллистической ракетой, разработанной специально для ПЛ, стала Р-13, эскизный проект которой был выполнен ОКБ-1 в конце 1955 г.- первой половине 1956 г. Дальнейшие работы по ракете вело СКБ-385 под руководством В.П.Макеева.
В августе 1956 г. Совет Министров принял Постановление о разработке комплекса Д-2 с баллистической ракетой Р-13, для вооружения дизельных ПЛ пр.629 и атомных ПЛ пр.658. У обоих типов лодок имелось по 3 вертикальных ракетных шахты СМ-60 в рубке.
Конструкторская документация на Д-2 была выпущена СКБ-385 в начале 1957 г. В декабре 1958 г. начались испытания двигателей ракеты.
Летные испытания ракеты проводились с июня 1959 г. по март 1960 г. на полигоне Капустин Яр с неподвижного и качающегося стендов.
Корабельные испытания Р-13 были проведены на Северном флоте на ПЛ пр.629 с ноября 1959 г. по август 1960 г. Всего было проведено 19 пусков на полигоне (из них 15 успешных) и 13 пусков с ПЛ (11 успешных).
С августа по сентябрь 1960 г. в Кольском заливе прошли испытания на взрывостойкость ракетного вооружения комплекса Д-2. Целью испытаний было определение живучести ракетного вооружения и корпуса подводной лодки. Для испытаний был построен натурный ракетный отсек лодки пр.629. Испытания проводились неконтактными взрывами глубинных бомб, мин и шнуровых зарядов, имитирующих по ударной волне атомные подводные взрывы. Всего было проведено 6 испытаний, по результатам которых были выработаны рекомендации по путям повышения взрывобезопасности ракет. Было предложено хранить ракеты на ПЛ заправленными только окислителем, а горючее хранить в цистернах ПЛ.
Р-13 представляла собой одноступенчатую баплистическую ракету с отдепяющейся в конце активного участка боевой частью. В хвостовой части ракета имела 4 стабилизатора. Система управпения Р-13 автономная (инерциальная).
Ракета Р-13 была оснащена жидкостным двигателем С2713, который имел одну центральную и четыре рулевых камеры сгорания. Двигатель работал на горючем ТГ-02, состоявшем из смеси ксилидина и триэтиламина, и окислителя АК-27И (растворе четырехокиси азота в концентрированной азотной кислоте). Компоненты топпива были весьма токсичны, что требовало специапьных мер защиты при работе с ними. При соприкосновении компонентов они мгновенно воспламенялись.
Баки окислителя и горючего образовывали среднюю часть, или топливный отсек ракеты. Баки являлись несущими, т.е. основными силовыми элементами корпуса ракеты, воспринимающими на себя все возникающие при старте и на траектории нагрузки. Были выполнены по схеме "бак над баком". Верхний (передний) бак предназначен для хранения окислителя и промежуточным днищем был разделен на верхний и нижний полубаки, нижний бак предназначен для хранения горючего. В промежутке между баками в районе центра тяжести ракеты размещались гироскопические приборы системы управления, что обеспечивало лучшие условия их работы.
Для обеспечения пожаровзрывобезопасности ПЛ ракета Р-13 на берегу заправлялась только окислителем, а заправка ее горючим производилась из цистерн ПЛ непосредственно перед стартом.
Скорость ракеты в момент выключения двигателя при стрельбе на максимальную дальность достигла 2050 м/с, наивысшая точка траектории 145 км, время полета – 7 минут 5 секунд. Скорость встречи боевой части с целью составляла 700 м/с.
Постановлением СМ N° 1109-461 от 13.10.1961 г. комплекс Д-2 с баллистической ракетой Р-13 был принят на вооружение ВМФ. Ракета Р-13 в ВМФ получила индекс 4К50. Комплексом Д-2 были вооружены дизельные ПЛ пр.629Б и К-19 – первая атомная ПЛ пр.658. Пусковые установки СМ-60 для ракет Р-13 были спроектированы ЦКБ-34, а изготовлялись на заводе "Большевик".
В 1957 году ЦКБ-18 прошло заседание по разработке предэскизного проекта 660 океанской подводной лодки с ракетами Р- 13. Лодка должна была иметь единый двигатель с использованием надперекиси натрия по типу установки лодок пр.637. Под водой лодка могла развивать скорость 15 узлов на дальности 50 миль или 2,5 узла на дальности 2800 миль.
Лодка пр.660 должна была нести 3 ракеты Р-13 с подводным стартом. Но так как лодка пр.660 значительно уступала уже строившейся лодке пр.658, то в августе 1958 года все работы по пр.660 были прекращены.