Первоначально, в соответствии с ТТТ, 3PK должен был поражать цели на дальностях до 2 км и на высотах до 1500 м, так как предполагалось использование ракеты «Стрела-1» и для переносного варианта комплекса. Однако позже было принято решение об использовании ЗРК только на автомобильном шасси и соответственно выдвинуто требование увеличить дальность поражения целей до 5 км и максимальную высоту до 3,5 км. Это потребовало увеличения размеров и массы ракеты.
При разработке комплекса «Стрела-1» 9К31 было решено] использовать на ракете не инфракрасную (тепловую), а фотоконтрастную ГСН. Это было обусловлено низкой чувствительностью инфракрасных ГСН, не обеспечивающих выделение цели в передней полусфере, и поэтому стрельба по самолетам противника могла вестись только «вдогон», как правило, после выполнения ими боевой задачи. В таких тактических условиях вполне возможно было уничтожение ЗРК еще до пуска им зенитных ракет. Применение фотоконтрастной ГСН позволило производить обстрел целей на встречных курсах.
Главным конструктором оптической головки самонаведения для ЗУР был назначен В. А. Хрусталев, организацией- разработчиком - ЦКБ-589 ГКОТ.
Государственные испытания опытного образца комплекса «Стрела-1» проводились в 1968 г. на Донгузском полигоне. В апреле 1968 г. комплекс был принят на вооружение.
Комплексы «Стрела-1» входили в составе взвода (четыре боевые машины) в зенитную ракетно-артиллерийскую батарею («Стрела-1»-«Шилка») мотострелкового (танкового) полка.
Боевая машина 9А31 ЗРК оснащена пусковой установкой с размещенными на ней четырьмя ЗУР в транспортно-пусковых контейнерах, аппаратурой запуска ЗУР, оптическими средствами обнаружения и прицеливания, а также средствами связи.
Комплекс способен вести стрельбу по самолетам и вертолетам, летящим на высотах от 50 до 3000 м со скоростями до 310 м/с на встречных курсах и до 220 м/с - на догонных при курсовых параметрах до 3000 м, а также по зависшим вертолетам и дрейфующим аэростатам. Возможности фотоконтрастной ГСН позволяют вести стрельбу только по визуально наблюдаемым целям на фоне ясного неба или сплошной облачности при углах между направлениями на цель и на солнце более 20° и при угловом превышении линии визирования цели над видимым горизонтом более 2°. Зависимость от освещенности цели, метеоусловий и фоновой обстановки ограничивает боевое использование комплекса «Стрела-1». Однако среднестатистические оценки этой зависимости с учетом возможности действий авиации противника в тех же условиях, а также и практическое применение комплекса на учениях в поенных конфликтах показали, что ЗРК «Стрела-1» мог использоваться достаточно эффективно (по военно-экономическим показателям).
Наведение пусковой установки на цель осуществляется мускульными усилиями оператора. С помощью системы ры- чажно-параллелограммных устройств он руками выводит на требуемый угол места (в диапазоне от -5° до +80°) связанные друг с другом пусковую раму с ракетами, объектив оптического визирного устройства и грубый визир, а ногами, посредством соединенных с сидением коленных упоров, вкруговую наводит пусковую установку по азимуту, отталкиваясь от закрепленного на полу машины конуса. Передняя стенка башни оператора в секторе 60° по азимуту выполнена из прозрачного пулестойкого стекла. В транспортном положении ПУ опускается к крыше боевой машины.
Стрельба в движении обеспечивается за счет почти полной естественной уравновешенности качающейся части и совмещения центра тяжести ПУ с ракетами с точкой пересечения осей качания машины благодаря способности человека-оператора парировать низкочастотные колебания корпуса машины.
Зенитная управляемая ракета 9М31 выполнена по аэродинамической схеме «утка» и наводится на цель с помощью ГСН по методу пропорциональной навигации. ГСН преобразовывает лучистый поток энергии от контрастной на фоне неба цели в электрический сигнал, содержащий информацию об угле между осью координатора ГСН и линией визирования «ракета-цель», а также о значении угловой скорости линии визирования. В качестве чувствительных элементов в ГСН применены неохлаждаемые сернисто-свинцовые фотосопротивления.
За ГСН последовательно располагаются рулевой привод треугольных аэродинамических рулей, аппаратура системы управления, боевая часть и оптический взрыватель. Далее установлен твердотопливный ракетный двигатель, на хвостовом отсеке которого закреплены трапециевидные крылья ракеты. На ракете применен однокамерный двухрежимный ракетный твердотопливный двигатель. На стартовом участке ракета разгоняется до скорости около 420 м/с, которая затем поддерживается относительно постоянной на маршевом участке.