Следующая попытка запустить "Л-1" 22 ноября 1967 года тоже оказалась неудачной. На этот раз не набрал необходимой тяги один из четырех двигателей второй ступени ракеты-носителя. Успешно сработала система аварийного спасения, которая увела спускаемый аппарат из ракетного комплекса.
И только 2 марта 1968 года корабль "Л-1", под названием "Зонд-4", был выведен на орбиту, затем с помощью блока "Д" перешел на эллиптическую орбиту с апогеем около 300 000 км. Однако облет Луны опять не состоялся. 9 марта при приближении к Земле из-за сбоев в работе звездного датчика не была выполнена необходимая ориентация для входа в атмосферу. Спускаемый аппарат пошел на баллистический спуск в незапланированный район и был подорван системой подрыва над Гвинейским заливом.
Во время этого полета произошла любопытная история, которая заставила поволноваться американцев. В Евпаторийском Центре управления полетом, в специальном изолированном бункере находились космонавты Павел Попович и Виталий Севастьянов, которые в течение шести суток вели переговоры с ЦУПом через ретранслятор "Зонда-4", имитируя тем самым полет к Луне и обратно. Естественно, переговоры были зафиксированы американцами, и специалисты НАСА решили, что советские космонавты летят к Луне. Вскоре все разъяснилось.
23 апреля 1968 года при запуске следующего корабля "Л-1" после сброса головного обтекателя во время работы второй ступени ракеты-носителя произошло замыкание в системе управления кораблем, приведшее к вращению по крену. Сработала система аварийного спасения, и полет был прерван.
При подготовке к седьмому запуску, намеченному на 21 июля 1968 года, корабль "Л-1" был поврежден струей жидкого окислителя из лопнувшего бака блока "Д". В итоге этот корабль так и не получил сертификат годности к полету.
Наконец, 15 сентября 1968 года корабль "Л-1", под названием "Зонд-5" (№ 9Л, "11Ф91"), был успешно выведен на траекторию полета к Луне, 18 сентября обогнул ее и произвел фотографирование поверхности с высоты 1960 км.
Помимо обычного оборудования, "Зонд-5" нес на борту биоконтейнер с двумя живыми черепашками. Впервые в истории живые существа, рожденные на Земле, облетели другое космическое тело.
Вот уж воистину, советские черепахи — самые быстрые черепахи в мире!
Но это все шуточки, а конструкторам в те дни было совсем не до смеха. На обратном пути из-за ошибки операторов вышла из строя от нагрева гироплатформа, отказал и датчик ориентации по звездам и Солнцу. Коррекция траектории "Зонда-5" производилась с помощью микродвигателей ориентации и датчика Земли, это позволило спускаемому аппарату совершить спуск по баллистической траектории в Индийский океан. Черепашки вернулись на Землю живыми и невредимыми.
Следующий корабль, получивший название "Зонд-6" (№ 12Л, "11Ф91"), был запущен 10 ноября 1968 года и полностью выполнил программу полета. Только на заключительном этапе произошла разгерметизация спускаемого аппарата — это произошло из-за того, что выбранный тип резины для герметизации стыков при низких температурах изменил свои свойства. При прохождении атмосферы разгерметизировался и парашютный контейнер, а когда парашют на высоте около 7 км все же раскрылся, произошел его преждевременный отстрел. В результате спускаемый аппарат разбился о землю, но черепахи, находившиеся на борту, перенесли удар и выжили. Удалось извлечь из искореженного спускаемого аппарата и фотопленки со снимками Луны, которые впоследствии были опубликованы.
К концу 1968 года стало ясно, что США могут опередить СССР в первом полете к Луне. И тогда члены трех лунных экипажей (Алексей Леонов и Олег Макаров, Валерий Быковский и Николай Рукавишников, Павел Попович и Виталий Севастьянов) обратились с письмом в Политбюро ЦК КПСС с просьбой разрешить лететь к Луне в ближайшие дни, невзирая на аварии. Они мотивировали свое решение тем, что надежность корабля заметно возрастет, если на его борту будут находиться космонавты.
В первых числах декабря космонавты вылетели на космодром и находились там в течение недели, надеясь, что поступит срочное указание о запуске. Однако его так и не последовало — в ЦК КПСС решили не рисковать.
21 декабря 1968 года в направлении Луны стартовал "Apollo 8" с тремя астронавтами на борту. Они совершили десять витков вокруг Луны и успешно возвратились на Землю. Продолжение программы пилотируемого облета Луны по схеме "УР-500К-Л1" потеряло политический смысл, поскольку приоритет по этому направлению был упущен.
Однако прекратить летно-конструкторские испытания уже изготовленных и профинансированных кораблей посчитали нецелесообразным. 20 января 1969 года испытания были продолжены, но опять неудачно. Из-за нештатной работы двигателей второй и третьей ступеней ракета-носитель была подорвана. Правда, система аварийного спасения успешно возвратила на Землю спускаемый аппарат.