Помимо больших габаритов и дальности баллистическая ракета Р-15 отличалась or Р-13 «нижним стартом» непосредственно из шахты всплывшей на поверхность подводной лодки. В комплексах Д-1 и Д-2 длительное пребывание подводной лодки в надводном положении во многом определялось операцией подъема ракеты на уровень среза шахты. Подъемное устройство занимало около четверти высоты шахты, уменьшая тем самым объем под размещение ракеты.
28 августа 1956 г. ЦКБ-34 получило приказ Миноборонпрома о начале разработки пусковой установки СМ-73 для ракет Р-15 комплекса Д-3, размещаемого на подводной лодке проекта 639. К стартовому оборудованию на начальной стадии проектирования был предъявлен ряд требований. Размещение ракеты в шахтной пусковой установке должно обеспечить хранение, транспортировку при всех расчетных условиях эксплуатации подводной лодки, проведение заправки и предстартовой подготовки ракеты и ее пуск.
Согласно принятой схеме, стартовые двигатели ракеты Р-15 располагались в ее головной части, а маршевый двигатель запускался на ракете (движущейся под стартовыми двигателями) при ее выходе на срез шахты. При такой компоновке не обязательно было создавать специальное устройство для отвода газов из шахты, что позволяло отказаться от стартового стола и несколько упростить конструкцию ракетной шахты.
Ракетная шахта представляла собой двустенную конструкцию, включающую внутреннюю (пусковую) трубу и наружный прочный корпус. Пусковая труба в верхней и нижней частях подвешивалась к внутреннему корпусу на гидравлических демпферах. Наружный корпус днищем опирался на центрующее и стопорящее устройство, а его верхняя часть закрывалась прочной крышкой.
24 декабря 1956 г. приказом Миноборонпрома Днепропетровскому заводу № 586 с 1957 г. поручалось изготовление пусковых установок для подводных лодок.
После окончания эскизного проектирования ПЛАРБ проекта 639 в 1958 г. ЦКБ-16 приступило к разработке проекта В-629 — экспериментальной дизель-электрической подводной лодки с одной ракетой Р-15. Эта лодка предназначалась для отработки нового комплекса Д-3.
Задача размещения ракетной шахты с баллистической ракетой Р-15, имеющей для того времени внушительные габаритные размеры и вес, была совсем не из простых. Прежде всего имели место проблемы с обеспечением остойчивости подводной лодки в надводном положении: в заправленном перед пуском состоянии, с «увесистой» СГЧ, ракета Р-15 создавала неустойчивую систему. Вызывала сомнение возможность «вписать» ракетную шахту диаметром 3 м при наибольшем размере прочного корпуса 5,8 м.
Сложности возникли и с выполнением требования раздельного хранения компонентов ракетного топлива на дизельной подводной лодке.
В любом случае подводная лодка проекта В-629 с комплексом Д-3 обладала худшими техническими и тактическими характеристиками, чем лодка проекта 629 с комплексом Д-2.
Из-за больших массогабаритных характеристик ракеты получить удовлетворительные тактико-технические параметры носителя так и не удалось. Работы над этим проектом прекратились на стадии технического проекта.
В 1956–1957 гг. в ЦКБ-34 была разработана и передана заводам-изготовителям техническая документация на неподвижный наземный стенд СМ-Э138, предназначенный для экспериментальных пусков макетов и ракет Р-15, и универсальный качающийся стенд СМ-74, служащий для испытаний Р-15 в условиях, имитирующих качку подводной лодки. СМ-74 предназначался также и для отработки крылатых ракет П-20. Изготовление стендов началось на ленинградских заводах «Большевик» и «Адмиралтейский».
Начало совместных летных испытаний баллистических ракет Р-15 в составе комплекса Д-3 планировалось на I кв. 1961 г., однако СМ СССР своим постановлением от 4 мая 1957 г. скорректировал сроки начала пусков: с наземного стенда — ноябрь 1958 г., а с экспериментальной подводной лодки проекта В-629 — август 1960 г.