Первую шахту (объект 310) начали строить на полигоне в Тюра-Там (Лениниске) в 1961 г., а 13 июня 1962 г. из нее был проведен первый пуск. Испытатели изумились, увидев, как из шахты поднимается не белоснежное изделие, а ракета с чередующимися участками черной и белой раскраски. Белая краска выгорела на сухих отсеках и в передних частях баков. Там где стенки баков изнутри охлаждались топливом, краска сохранилась. Несмотря на то что в полете отказал рулевой двигатель, испытания сочли успешными, так как старт прошел вполне нормально.
Для запуска как с шахтных, так и с наземных установок была создана модификация Р-16У («универсальная»), К числу прочих ее отличий от исходного варианта можно отнести систему наддува бака окислителя первой ступени азотом. Ранее применявшаяся схема с использованием напора атмосферного воздуха в полете была признана неуместной для ракеты, до месяца стоящей в заправленном состоянии в замкнутом объеме шахты. Было несколько изменено функционирование двигателей на стартовом участке, соответствующим образом доработана автоматика. На корпусе ракеты были выполнены площадки под установку бугелей. Универсальная ракета оснащалась несколько модифицированными двигателями, в индексацию которых была также добавлена буква «У».
Почти одновременно с отработкой модификации Р-16У велись работы по совершенствованию боевого оснащения ракеты. Осенью 1961 г. Советский Союз провел на Новой Земле впечатляющую серию ядерных испытаний. Наряду с уникальным, но не размещаемым ни на одном носителе стомегатонным зарядом прошел отработку и ряд боеприпасов, вполне пригодных для применения на баллистических ракетах. В результате первоначально принятый на вооружение на ракете Р-16 заряд головной части 8Ф17 массой 1,45 т был заменен более мощным зарядом практически без утяжеления головной части, получившей условное наименование «легкая». При этом максимальная дальность даже увеличилась с 12000 до 12500 км. Наряду с этой головной частью 8Ф115, весившей около 1,5 т, ракета оснащалась и вдвое большей мощности «тяжелой» головной частью 8Ф116 массой 2,12 т, которая тем не менее могла доставляться на вполне достаточную дальность — 10000 км.
Столь блестящий результат объяснялся тем, что днепропетровские конструкторы, встретившись при проектировании своего первого межконтинентального детища с яростным сопротивлением крупнейших авторитетов отечественного ракетостроения, заложили в проект более чем достаточные запасы. На стадии летных испытаний нереализованные запасы выявились в виде избытка дальности, что позволило через пару лет оснастить ракету мощной «тяжелой» головой частью. Но определявшаяся уровнем развития советского приборостроения низкая точность ракет Р-16 — порядка 13 км по дальности и 10 км в боковом направлении — не позволяла эффективно поражать хорошо защищенные точечные цели. Вопреки провокационным заявлениям некоторых американских военных, советские ракеты тех лет могли быть только оружием возмездия, а не обезоруживающего и безнаказанного первого удара «коммунистических агрессоров».
Унифицированными головными частями 8Ф115 и 8Ф116 оснащалась и ракета Р-14.
Постановление 1961 г. о постановке Р-16 на боевое дежурство в какой-то мере расхолаживало заказчика в содействии дальнейшему прохождению важнейших правительственных документов, которые стали увязываться с готовностью шахтных комплексов.
Испытания ракеты Р-16У из шахтной пусковой установки продолжались более года.
Строительство боевого шахтного комплекса было исключительно сложным, трудоемким и дорогим мероприятием, хотя финансовые проблемы в значительной мере снимались привлечением почти бесплатного труда военных строителей. Для возведения всех сооружений отрывался общий огромный котлован. Далее на разных уровнях возводились общий командный пункт и хранилища топлива с системами заправки, помещения для компрессорной станции, систем электроснабжения, узла связи, систем жизнеобеспечения, а также связывающие их трубопроводы и горизонтальные железобетонные трубы — потерны с проходами для личного состава и нишами для прокладки кабелей. На дне наиболее глубокой части котлована вытянувшись в линию с интервалом 100 м постепенно вырастали три железобетонные башни высотой с 16-этажный дом — будущие шахты для ракет. Под конец котлован засыпался грунтом и выравнивался вровень с окружающей местностью.
В мае 1963 г. на Байконуре провели групповой, с небольшим временным интервалом старт трех Р-16 из шахт. Отснятые очень впечатляющие кадры демонстрировали нашим согражданам на протяжении многих десятилетий. Зачастую стартующие ракеты преподносились как угроза миру — страшное оружие заокеанских агрессоров! Мелькают эти кадры и в начале мрачного советского фильма-антиутопии «Письма мертвого человека» о Третьей мировой войне.