Первые ракеты Р-14 заступили на боевое дежурство в районе г. Первомайска 31 декабря 1961 г. В дальнейшем в этом районе разместили 12 наземных пусковых установок (ПУ), которые были сняты с вооружения к 1971 г., когда соединение перевооружили на МБР. Части с ракетами Р-14 развертывались совместно с полками, вооруженными Р-12, в следующем составе:
19-я ракетная дивизия (рд), г. Хмельницкий (десять ПУ в 1962-1971 гг., в том числе шесть шахтных);
32-я рд, г. Поставы (11 ПУ в 1962-1978 гг., в том числе три шахтных);
35-я рд, г. Орджоникидзе (девять ПУ в 1963-1982 гг., все шахтные);
43-я рд, г. Ромны (20 ПУ в 1962-1981 гг., все наземные);
29-я рд, г. Шяуляй (десять ПУ в 1962-1983 гг., в том числе шесть шахтных);
40-я рд, г. Остров (шесть ПУ в 1963-1982 гг., все шахтные);
45-я рд, поселок Манзовка (семь ПУ в 1962-1969 гг., в том числе три шахтных).
А упомянутые в начале ПУ у Первомайска должны относиться к 46-й рд, прим. ВВС

Кроме того, Р-14 разместили в составе 68-й ракетной бригады (рбр) у Сарыозека (десять ПУ в 1962-1980 гг., в том числе шесть шахтных) и 481-го отдельного ракетного полка у Актюбинска в Средней Азии (три шахтных ПУ в 1965-1979 гг.), 60-й ракетной дивизии на Дальнем Востоке до ее переброски под Татищево (четыре ПУ в 1963-1969 гг.).

В наиболее трудных условиях несли службу воины 83-го отдельного ракетного полка, размещенного у Анадыря на Дальнем Востоке (четыре ПУ в 1962-1969 гг.). Из всей советской группировки РСД только Р-14 могли достигнуть северо-западных районов основной территории США. Возможно, что развертывание ракет под Анадырем служило своего рода дезинформационным прикрытием одноименной операции с размещением советских ракет на Кубе.

В ходе операции «Анадырь» осенью 1962 г. предусматривалось разместить на Кубе два полка с ракетами Р-14, что ставило под угрозу удара всю территорию США, кроме Аляски и Гавайских островов. Однако суда с Р-14 не успели достигнуть «Острова свободы» до введения США морской блокады.

Ракета Р-14У с «тяжелой» головной частью. Рис. А. Чечина.

В общей сложности в СССР была развернуто 101 наземная и шахтная пусковая установка Р-14.

По уровню боеготовности комплексы с Р-14 примерно соответствовали Р-12. Постепенно время пуска из готовности №1 довели до 15 мин для шахтных комплексов и до 25 мин — для наземных.

Испытания Р-14 прошли без жертв, но в ходе эксплуатации, в особенности на шахтных комплексах, случались трагедии: боевые расчеты получали смертельные отравления, людей обливало кислотой.

В ходе проведения операции «Тюльпан» 8 сентября 1962 г. был осуществлен пуск Р-14 на дальность 3748 км из района станции Ясная под Читой по полигону на Новой Земле с реальным подрывом термоядерного заряда мощностью около 2 Мт.

В то же время для применения как на Р-14, так на и Р-16, были разработаны две новые унифицированные головные части: «легкая» 8Ф115 и «тяжелая» 8Ф116 массой, соответственно, около 1,5 т и 2,15 т. Мощность «легкой» боеголовки составляла 2,3 Мт, «тяжелой» головной части — почти вдвое больше. Максимальная дальность с «тяжелой» боевой частью уменьшилась примерно до 4000 км, с легкой — соответствовала ранее созданной головной части 8Ф15.

В конце 1950-х гг., еще до начала летных испытаний Р-14, рассматривалась возможность создания на ее базе МБР с дополнительной верхней ступенью, что увеличивало стартовый вес на 11 т, а длину — на 3,3 м. Такая ракета могла доставить на дальность 9000—10000 км ту же головную часть, которую Р-16 несла на 12500 км. Несмотря на полуторократный выигрыш в стартовом весе по сравнению с Р-16, двухступенчатый вариант Р-14 был отвергнут как не обеспечивающий поражение всех заокеанских целей и не имеющий запаса на применение более мощных головных частей. Кроме того, проектно-конструкторские работы и наземная отработка потребовали бы еще нескольких лет, а разработка Р-16 уже подходила к началу летных испытаний.

В 1962—1963 гг. на экспериментальных модификациях Р-14 испытывалась новая бортовая система управления, позволяющая в полете выводить ракету в плоскость стрельбы, отличающуюся на величину до 45° от стартовой ориентации плоскостей стабилизации ракеты. Ранее все отечественные ракеты до старта прицеливались механически — разворотом относительно продольной оси.

В целом на Р-14 было реализовано немало новшеств. Она стала первой в мире стратегической ракетой на самовоспламеняющихся компонентах топлива и первой отечественной ракетой, оснащенной гиростабилизированной платформой, а также ракетой с отделением головной части торможением корпуса ракеты. Впервые при ее производстве применили баки из оребренных прессованных панелей. Число заправляемых компонентов топлива снизилось до двух.

В конце 1960-х — начале 1970-х гг. в ходе переоснащения ряда соединений ракет средней дальности на межконтинентальные ракеты были сняты с вооружения комплексы Р-14 под Хмельницким, Первомайском. Тогда же ликвидировали Р-14 на Востоке — в Манзовке и под Анадырем. В дальнейшем этот процесс продолжился по мере внедрения новых ракет средней дальности «Пионер». Последними сняли с вооружения в 1983 г. расположенные под Мурманском и нацеленные на американские РЛС ПРО в Гренландии ракеты Р-14 24-го ракетного полка, входившего в дивизию со штабом в г. Остров.