Первый пуск ракеты С4.1 с движущейся подводной лодки был произведен 9 июля 1957 г. с глубины 29 м при скорости подводной лодки 2,5 узла в штилевую погоду. Второй пуск состоялся 18 июля с глубины 28,5 м при скорости подводной лодки 3,5 узла и волнении моря 2–3 балла. При третьем (последнем) пуске, произведенном 27 июля с глубины 28 м, скорость подводной лодки составила 4,5 узла. Все три пуска прошли успешно.
Испытания на этом были прерваны из-за отсутствия готовых ракет С4.1. Возобновились они только в следующем году, буквально через две недели после пусков ракет с жидкостным двигателем с неподвижного подводного стенда.
Первый пуск ракеты С4.5 с подводной лодки проекта В613 был совершен 29 марта 1958 г. С глубины 30 м при скорости 3,5 узла и волнении моря 2 балла ракета поднялась на высоту 60 м, а в момент приводнения разбилась. Хвостовая часть ее всплыла, а остальные части найдены не были. В шахте обнаружились незначительные повреждения.
Второй пуск состоялся 4 апреля при тех же параметрах глубины и скорости. На море стоял штиль. Ракета поднялась на высоту 50 м, после приводнения всплыла и благополучно была доставлена на техническую позицию.
Третий (последний) пуск был произведен 11 апреля также с глубины 30 м, но при скорости 4,5 узла и волнении моря 1–2 балла. Ракета поднялась на высоту 60 м, при падении разбилась и затонула.
Итак, первые в мире пуски баллистических ракет с подводной лодки в подводном положении были произведены в районе Балаклавы. В США же запустили свою первую ракету из-под воды 20 июля 1960 г. с подводной лодки «Джордж Вашингтон». Собственно говоря, американцы запуска ракеты не производили, они паром выстреливали ракеты из шахты под водой, а двигатель ракеты запускался только в воздухе.
Всего за 15 месяцев испытаний в Балаклаве со стенда и с подводной лодки С-229 было произведено 14 пусков ракет С4.1 и С4.5.
Эти испытания позволили доработать ракету Р-11ФМ для подводного старта. Новая модификация получила индекс С4.7. Вес ее составил 5470 кг.
Первый этап испытаний комплекса Д-4 с баллистической ракетой Р-21 (несекретное ее название 4К-55) было решено проводить на Балаклавском полигоне.
Сложность и медлительность операций с кабелями при испытании ракет С4.1 подвигли руководство полигона на грандиозный проект. Предусматривалось закрыть вход в балку Мраморную, по дну балки проложить рельсовый ход, установить мощные шлюзовые насосы и работать. Стенд готовится к пуску в верхнем положении, а на пуск спускается по рельсам на нужную глубину. При необходимости можно осушить балку и осмотреть все остатки от ракет. Застопорила этот проект колоссальная стоимость. Хотя, если бы тогда знали, сколько придется построить стендов за историю полигона, то проект, скорее всего, был бы осуществлен.
Параллельно с испытанием баллистической ракеты Р-21 полигон должен был испытывать «Аметист» — первую в мире крылатую ракету, стартующую из-под воды.
Для проведения испытаний этих комплексов в 1959–1960 гг. было проведено большое дооснащение Балаклкавского полигона, капитальное строительство новых сооружений. На полигон поступили новые телеметрические станции «Трал», РТС-5И, передвижные электростанции, компрессоры высокого давления, автобусы, грузовые машины. Были построены основные испытательные сооружения части. На 2-й площадке воздвигли трехэтажный монтажно-испытательный корпус с двумя сборочными цехами и 30-тонными монтажными мостовыми кранами, электроагрегатной спецтоков, профильными лабораториями на 1-ми 2-м этажах и аккумуляторную мастерскую. На 1-й площадке построили служебное здание с аппаратными для телеметрической аппаратуры, в Мраморной балке — новую лебедочную на 2 тяговые лебедки, причал и здание аппаратной.
Были оборудованы две морские позиции, на каждой — центральный массив с поворотным блоком и 4 понтона с ручными лебедками на каждом. Каждый понтон стоял на двух мертвых якорях.
На полигон протянули дополнительную железнодорожную ветку, проложили правительственную связь (на 2-ю площадку).
В городе построили жилой дом для офицеров. В районе штаба были построены гостиница и столовая военторга, в жилом городке поставлены финские домики.
В 1960 г. на полигоне была проведена помпезная операция «Скумбрия» — Всесоюзная выставка новейшего вооружения. На ней побывали руководители государства во главе с Н.С. Хрущевым, руководители стран демократии, министры обороны и командующие флотами.
К приезду Хрущева готовились очень тщательно. В тех местах, где он должен был побывать, на площадках были сделаны шикарные туалеты, но так как канализации на полигоне не было, то они делались на 1–2 посещения. После капитального ремонта штаба полигона в таком туалете разместили партком и машбюро. Пытались восстановить лестницу для спуска к морю. Отдельные марши лестницы валяются на спуске, наверное, и сейчас, но до приезда Хрущева не успели, а потом не было средств.