Полигонные испытания опытного образца комплекса, получившего наименование "Стрела-10М2" (9К35М2), были проведены на Дон- гузском полигоне (начальник полигона В.И. Кулешов) в июле-октябре 1980 г. под руководством комиссии, которую возглавлял Е.С.Тимофеев.
В результате испытаний было установлено, что в заданной зоне поражения с использованием автоматизированного приема и отработки ЦУ (при самонаведении ЗУР по фотоконтрастному каналу без помех) ЗРК обеспечивает эффективность стрельбы одной ЗУР по истребителям на встречных курсах, составляющую 0,3 на дальности 3,5 км и 0,6 в диапазоне дальностей от 1,5 км до ближней границы зоны, что превышало эффективность стрельбы комплекса "Стрела-10М" на 0,1-0,2 на тех же дальностях. Это достигалось за счет увеличения дальности обнаружения цели с 6,8 до 8,4 км, сокращения работного времени при ЦУ с 8,5 до 6,5 с, увеличения частости непропуска цели с 0,7 до 1, сокращения времен доведения ЦУ до оператора (в 2,5 раза) и отработки целеуказания (в 2 раза).
Комплекс "Стрела-10М2" в 1981 году был принят на вооружение.
По инициативе ГРАУ МО и 3 НИИ МО и последовавшему за ней решению ВПК от 1 апреля 1983 г. №111, в период 1983-1986 г.г. под шифром "Китобой" была проведена модернизация ЗРК "Стрела-10М2". Она осуществлялась кооперацией предприятий, разработавшей ЗРК "Стрела-10" и другие его модификации.
По сравнению с ЗРК "Стрела-10М2", модернизированный комплекс должен был иметь большую зону поражения и обладать более высокой эффективностью и помехозащищенностью в условиях интенсивных организованных оптических помех, обеспечивать стрельбу по всем типам низколетящих воздушных целей (самолетам, вертолетам, крылатым ракетам, дистанционно- пилотируемым аппаратам).
Совместные испытания опытного образца ЗРК "Китобой" проводились с февраля по декабрь 1986 г. в основном на Донгузском полигоне (начальник полигона М.И. Ткаченко) под руководством комиссии под председательством А.С.Мельникова. Часть опытных стрельб была проведена на Эмбенском полигоне.
В 1989 году после доработки ЗУР 9М333 ЗРК был принят на вооружение Советской Армии под названием "Стрела-10М3" 9K35M3.
Входящие в состав ЗРК боевые машины 9A34M3 и 9A35M3 имели новый оптический визир с двумя каналами с переменными полем зрения и кратностью увеличения: широкопольный – с полем зрения 35° и увеличением 1,8
Новая ЗУР 9М333, по сравнению с ракетой 9М37М, имела несколько доработанные двигатель и контейнер, а также новую ГСН с тремя приемниками в различных спектральных диапазонах: фотоконтрастный, инфракрасный (тепловой) и помеховый с логической селекцией цели на фоне оптических помех по спектральным и траекторным признакам, что значительно повысило помехозащищенность комплекса.
Новый автопилот обеспечивал более устойчивую работу ГСН и кон- тура управления ЗУР в целом в различных режимах запуска ракеты и ее полета в зависимости от помеховой (фоновой) обстановки.
Новое неконтактное взрывательное устройство ЗУР было выполнено на основе четырех импульсных лазерных излучателей, оптической схемы, формирующей восьмилучевую диаграмму направленности, и приемника отраженных от цели сигналов. Удвоенное по сравнению с ЗУР 9М37 количество лучей повысило эффективность поражения малоразмерных целей.
БЧ ЗУР 9М333 обладала увеличенной массой (5 кг вместо 3 кг в ЗУР 9М37) и оснащалась стержневыми поражающими элементами большего сечения и большей длины. За счет увеличения разрывного заряда была повышена скорость разлета осколков.
Контактный взрыватель состоял из предохранительно-детонирующего устройства, пускового устройства механизма самоликвидации, контактного датчика цели и передаточного заряда.
В целом ЗУР 9М333 была значительно совершеннее ракеты 9М37, однако не удовлетворяла требованиям по работоспособности при высоких температурах (до 50°С) и по поражению малоразмерных целей на пересекающихся курсах, что потребовало ее доработки по завершении совместных испытаний. Длина ракеты увеличена до 2,23 м.
Ракеты 9М333 и 9М37М могли быть использованы во всех модификациях комплекса "Стрела-10".
Комплекс 9K35M3 обеспечивал при оптической видимости поражение самолетов тактической авиации, вертолетов, а также дистанционно- пилотируемых летательных аппаратов (ДПЛА) и крылатых ракет в условиях естественных помех, а самолетов и вертолетов – также и в условиях применения ими организованных оптических помех.