При следующем пуске 3 марта система измерений доложила о потере устойчивости на 50-й секунде полета второй ступени. Ракета упала в полутысяче километров севернее Хабаровска.

Третий пуск 2 апреля прошел исключительно удачно: головная часть ракеты попала, что называется, «в кол». Но еще два пуска, выполненных до конца месяца, завершились авариями — выключение двигателя второй ступени в один этап привело к недолету на 122 км, а при другом испытании сработала система аварийного подрыва ракеты. После успешного полета 16 мая при пуске 24 мая не включился один из трех двухкамерных блоков двигателя первой ступени. Нормально осуществленный 2 июня восьмой пуск предшествовал серии из пяти неудач, затянувшейся до 13 августа. 6 июня преждевременно выключился рулевой двигатель второй ступени; через десять дней вновь не включился один из двухкамерных блоков основного двигателя первой ступени. При испытании 22 июля самопроизвольно выключился основной двигатель второй ступени. В пусках 9 и 13 августа повышенный уход гироприборов привел к отклонению головных частей вбок на многие десятки километров.

Но начиная с четырнадцатого пуска, осуществленного 4 сентября, полоса неудач практически кончилась. Только три из 16 последующих пусков оказались аварийными, причем неприятности были связаны с двигателями. В пуске 21 сентября произошел разрыв главного клапана двигателя второй ступени. В ноябре имел место разрыв двух камер сгорания, в следующем месяце — не включился рулевой блок. Для исключения высокочастотных вибраций в двигателях изменили параметры запуска, в частности, давление в магистрали окислителя.

Незадолго до завершения испытаний — 15, 22 и 28 октября провели пуски на дальность, близкую к максимальной, с приводнением головных частей на акватории Тихого океана.

Разумеется, перелом в ходе испытаний не случился сам по себе. Дополнительной отработке подвергалось множество узлов, систем и агрегатов. Наиболее заметным стало введение продольных перегородок (успокоителей колебаний жидкости) в бак окислителя второй ступени. Была изменена и частотная характеристика усилителя системы стабилизации.

Несмотря на то, что до осени испытания шли с переменным успехом, уже 7 апреля 1961 г. Р-16 начали готовить к постановке на боевое дежурство. Первые серийные ракеты для боевых частей были выпущены в сентябре. В соответствии с Постановлением от 20 октября 1961 г. «О постановке на боевое дежурство ракет Р-16» перед ноябрьскими праздниками в строй вступили первые старты в Юрье, Нижнем Тагиле и Плесецке.

Для повышения выживаемости новые МБР, в отличие от ракет средней дальности, располагались в глубине страны, в частности, в малообжитых районах вдоль транссибирской железнодорожной магистрали.

Первоначально комплексы с Р-16 задумывались как подвижные, во всяком случае, в понимании этого термина в период создания Р-12. Однако вскоре стало ясно, что перевозка ракет длиной более 31 м и столь же громоздкого наземного оборудования в обстановке, приближенной к боевой, будет нереальна. Поэтому комплексы развертывались как наземные перевозимые, а фактически — стационарные.

Для комплекса Р-16 был разработан установщик 8У221, пусковой стол 8У222, комплект приборов прицеливания 8Ш16, а также другое специализированное оборудование. Большие габариты ракеты определили реализацию ее поблочной перевозки на двух грунтовых транспортных тележках (8Т133 и 8Т134) и применение транспортно-стыковочной тележки 8Т139. Отдельные агрегаты (в частности, заправщики окислителя и горючего 8Г134 и 8Г140) заимствовались из состава оборудования, разработанного для комплекса Р-14.

Наземный стартовый комплекс включал два комплекта основного стартового оборудования, два сооружения ангарного типа для хранения ракет на транспортных тележках, а также единые на два старта командный пункт и хранилища топлива.

Степени готовности и время пуска примерно соответствовали данным комплексов с Р-12. В целях обеспечения безопасности ракеты хранились, как правило, в постоянной боевой готовности, т.е. с головными частями, находящимися в надежно охраняемых хранилищах — ремонтно-технических базах (РТБ). Постепенно удалось сократить время пуска из этой готовности с 3 ч 40 мин до 2,5 ч, но даже такой показатель вчетверо превышал подлетное время ракет вероятного противника из-за океана. Как и Р-12, межконтинентальные ракеты Р-16 могли находиться в заправленном состоянии не более месяца.

В соответствии с постановлением от 30 мая 1960 г. началась разработка шахтных пусковых установок «Двина», «Чусовая», «Шексна» и «Десна» для ракет Р-12, Р-14, Р-16 и Р-9А соответственно. Первые одна-две буквы «словесного» обозначения совпадали с началом произношения цифровой части индекса ракеты, что упрощало запоминание. В данном случае «Шексна» соответствовала «Р-Шестнадцать».

Так же как система управления и оборудование наземного комплекса Р-16, «Шексна» разрабатывалась не традиционными смежниками С.П. Королева, а ленинградским ЦКБ-34. В отличие от разрабатываемых В.П. Барминым подобных сооружений для Р-12, Р-14 и Р-9А, главный конструктор «Шексны» Е.Г. Рудяк выбрал не свободный старт, а схему с движением ракеты на бугелях по направляющим. Видимо, на таком выборе сказался накопленный в ЦКБ-34 опыт создания пусковых установок для подводных лодок, обеспечивавших надводный старт баллистических ракет в условиях качки носителя. Так или иначе, схема с направляющими позволила заметно сократить диаметр стакана — он составил 4,64 м против 5,1 м у почти вдвое более тонкой Р-12. Правда, по внутреннему диаметру шахты (8,3 м) сооружение для Р-16 почти на 2 м превышало комплекс с Р-12, так как требовался значительный зазор для выхода продуктов сгорания двигателя вчетверо большей тяги. Глубина шахты (45,6 м) определялась солидной длиной ракеты (31 м).