После укомплектования ЗРК «Оса-М» с борта МПК-147 провели его испытания, входе которых выполнили пуски четырех бросковых, трех телеметрических и одиннадцати боевых ракет. Не все шло гладко: первая телеметрическая ракета не вошла в луч станции наведения. Причиной еще двух неудачных пусков стал отказ бортового ответчика ракеты и потеря управления. Но в остальном испытания прошли успешно. Были сбиты три мишени Ла- 17ММ, парашютная мишень М-6, достигнуто прямое попадание в катер-мишень пр.183Ц, поражена осколками надводная цель Н-1,5. В основном успешно прошли и пуски по имитированным («электронным») целям, в том числе сверхзвуковым. Наиболее эффектным оказался залп по Ла-17ММ, в ходе которого первая ракета сбила мишень, а вторая подорвалась среди ее обломков.
В процессе испытаний подтвердились основные характеристики «Осы-М» по диапазону высот поражения целей (от 50 до 5000 м) и дальностей (до 10 км). Скорострельность комплекса превышала заданную — два двухракетных залпа в минуту, при этом на перезаряжание пусковой установки требовалось 16–21 с. На МПК-147 обеспечивался пуск ракет в секторе свыше ±120° от носа, т. е. огнем ЗРК было прикрыто более 2/3 возможных секторов атаки самолетов противника.
Хотя МПК-147 к началу 1970 г. вошел в состав флота, установленный на нем ЗРК «Оса-М» приняли только в опытную эксплуатацию. Как назло, в период испытаний стояла великолепная погода. Потребовалось дополнительно подтвердить боеспособность комплекса в сложных метеоусловиях. Но и после этих испытаний разработчикам «Осы-М» пришлось дожидаться затянувшейся доводки сухопутного комплекса. Постановление № 748–215 о принятии «Осы» и «Осы-М» на вооружение было подписано только 4 октября 1971 г.
К концу этого года в составе флота имелось уже пять малых противолодочных кораблей пр.1124 и четыре малых ракетных корабля (МРК) пр. 1234, спроектированных в ленинградском ЦМКБ «Алмаз» (главный конструктор — И.П. Пегов) и строившихся на расположенном там же одноименном заводе. На МРК был установлен комплекс «Оса-М» с теми же характеристиками, но отличавшийся немного уменьшенным (из-за особенностей его архитектуры) сектором обстрела.
Кроме того, вступили в строй три больших противолодочных корабля пр.1135 (с 1977 г. «разжалованных» в сторожевики), спроектированные Северным ПКБ (главный конструктор — И.П. Соболев) и предназначенные для действий в океанской зоне. Благодаря их комплектации двумя комплексами обеспечивалась круговая зона зенитной ракетной обороны. Пусковая установка № 1 имела сектор обстрела более ±120° от носа, а № 2 — от кормы.
В строй вступил и головной большой противолодочный корабль пр.1134Б — «Николаев», на котором «Оса-М» впервые использовалась как комплекс самообороны, дополняющий «Шторм». На нем побортно располагалось по одной пусковой установке ЗИФ-122 и станции 4Р-33. Но из-за их взаимного затенения оставались непростреливаемые сектора в нос и в корму — порядка 15' от диаметральной плоскости. В результате на этих кораблях не удалось создать круговую зону прикрытия даже двумя комплексами «Оса-М». В ходе государственных испытаний «Николаева» с 17 по 24 декабря 1971 г. провели три пуска по имитированным целям, два — по катеру и два — по парашютным мишеням М-6.
В 1975 г. ЗРК «Оса-М» был успешно испытан на тяжелом авианесущем крейсере «Киев», головном корабле пр.1143. Типичная для авианосцев архитектура с неизбежно асимметричным «островом» ограничила зоны обстрела передней пусковой установкой сектором только по левому борту, а кормовой — только по правому. В процессе испытаний с каждой пусковой установки осуществили по пять пусков — по имитированным целям, по катеру и по парашютным мишеням М-6.
В 1980 г. прошли успешные испытания и на другом исполине советского флота — атомном ракетном крейсере «Киров» пр.1144, а еще через 3 года — на ракетном крейсере пр.1164. Однако уже к середине 1970-х гг. наличие всего двух одноканальных ЗРК «Оса-М» с 40 ЗУР представлялось недостаточным для самообороны авианесущих и ракетных крейсеров, которые в случае начала боевых действий стали бы своего рода «магнитами», притягивающими средства воздушного нападения противника.
Для расширения боевых возможностей ЗРК «Оса-М» модернизировался, в том числе и в направлении снижения нижней границы зоны поражения. Для принятого на вооружение в 1979 г. комплекса «Оса-МА» ее величина была доведена до 25 м, а для созданного в первой половине 1980-х гг. «Оса-МА2» — до 5 м. Кроме того, состоялись успешные испытания по использованию модернизированных станций типа 4Р-33 для управления огнем артиллерийских установок АК-630.