在水面發射取得成功後，隨後開始了水下發射試驗任務。根據海軍、造船工業部和國防工業部門各方商討的提議，蘇聯部長會議在1955年2月發布命令，確定了研發工作的參與人員。任務同樣分成三個階段。第一階段從專門的水下試驗台上發射模型飛彈；第二階段從水下運動潛艇上發射模擬彈（專門改裝了1艘613型潛艇）；第三階段從改裝的潛艇上瞄準和發射飛彈。
1956年12月末，在黑海造船廠製造的水下試驗台進行了C4.1型模擬彈的第一次發射試驗，該模型彈與P-11ФМ飛彈相同尺寸和外形，並配備有固體燃料發動機。在水下試驗台共進行了4次C4.1型模擬彈和4次C4.5型模擬彈發射試驗。1957年7月，在613型潛艇C-229號上進行了3次C4.1型模擬彈的發射，發射深度30米，潛艇航速分別為2.3、3.5和4.5節。1958年3-4月又用液體燃料發動機進行了3次C4.5型模擬彈水下發射試驗，發射深度30米，潛艇航速分別為3.5和4.5節。
1955年9月16日Б-67潛艇發射Р-11ФМ飛彈
最初兩個階段試驗證明了水下發射的可能性。為此，將B611型潛艇Б-67號按照ПВ-611型潛艇改裝，準備水下發射C4.7型模擬彈。改裝內容包括將1個制式發射井更換為配備CM-85型實驗裝置的水下發射用發射井；改變了飛彈與發射井之間的環形間隙的注水系統；安裝了新的遙測裝置；使用拖曳式天線基陣來傳送遙測信息。不過1959年8月第一次發射沒有成功，飛彈未能按預定時間出水，最後出筒離艇後只是按照隨機彈道飛行了15千米，便在科拉半島沿岸墜落。之後，技術人員找出失敗原因是控制系統故障，雖然遙測數據表明，控制系統根據預定算法發出了所有點火命令。試驗隨後又進行了一年，因為需要對飛彈進一步完善和試驗。1960年8月試驗重新開始。第二次發射也未能成功。在射前準備階段，發射井注水時，飛彈突然從發射台上脫落，飛彈頭部受損。事故原因是發射井注水系統在工廠生產時有缺陷。1960年9月10日，試驗性C4.7型飛彈在水下30米深、航速3.2節終於成功實現了水下發射，命中125千米外靶標。這是蘇聯潛射彈道飛彈第一次從水下成功發射。試驗委員會評估結果認為，試驗任務圓滿完成，因而建議停止研究工作。因為新的P-13潛射飛彈飛行試驗已經在1960年8月結束，並在10月列入裝備，這就使得製造水下發射的P-11ФМ飛彈已無必要。
1959年2月20日，根據政府命令，P-11ФМ飛彈列入裝備。研製該武器系統和第1艘B611與AB611型潛艇的研發人員獲得列寧獎金。他們是第16中央設計局的Н.Н.伊薩寧、第402造船廠的И.С.巴赫金、第1特種設計局的И.В.波普科夫和П.В.諾沃日洛夫、第885研究所的В.П.費諾格耶夫、第49研究所的В.П.阿列費耶夫、П.М.澤連佐夫和В.Ф.佩秋林、第385特種設計局的В.П.馬克耶夫和第592研究所的Н.А.謝米哈托夫。由於按照規定，每人只能獲得一次，因而科羅廖夫無法再次獲得。
從1958-1967年該型飛彈共進行77次發射，其中59次發射成功。1967年該飛彈退出裝備。
Б-67潛艇水下發射C4.7模擬彈
飛彈全長10.34米，直徑0.88米，全重（未加註燃料）1.67噸，加註燃料後全重5.47噸，起飛質量55噸，最大投擲質量1噸，攜帶單彈頭，採用單級液體火箭推進和慣性制導，最大射程150千米，圓機率偏差8千米，只能在4-5級海況水面發射，用於打擊大型面積目標。飛彈由彈頭、儀器艙、燃料箱、箱間段、氧化劑箱和尾段組成。儀器艙呈圓筒狀，用於旋轉制導控制儀器，內部固定有十字形隔板。燃料箱和氧化劑箱連成一體。尾段為圓筒形殼段，內部安裝一台液體火箭發動機。外部裝有4個穩定尾翼。尾段殼體上開有便於操作維護的艙口。
飛彈採用擠壓式單推力液體火箭發動機，彈上有增壓燃料供應系統。推進劑預先儲存在推進劑箱內，加註好推進劑後即焊死加註口以防止泄漏。一次加註可以保存數月到數年時間。使用時，彈體與戰鬥部不分離，由發動機和彈體外的4個穩定尾翼提供飛行控制。
P-11ФМ飛彈，左面為原型
該型飛彈設計採用РДС-4核彈頭，當量3萬噸TNT，不過在正常巡邏期間只攜帶常規彈頭。只有在發生危機時，核彈頭才會從岸上倉庫轉送布置到潛艇上。
飛彈發射時準備過程都在水下完成，需要2小時。發射飛彈時，潛艇指揮塔升出水面，飛彈筒蓋打開，飛彈被升到發射筒頂部。為防止海風造成飛彈不穩定，飛彈固定在兩個支架之間。5分鐘即可發射第一枚飛彈，之後再過5分鐘發射第二枚。飛彈發射時，潛艇可以以12節速度行駛。
應該說，該型飛彈是蘇聯第一種具有實戰功能的潛射彈道飛彈，也是世界上第一種潛射彈道飛彈。當然由於射程太近，必須行駛到敵方近海發射，而近海恰恰也是對方反潛力量最強的區域，因而顯得實戰意義不強。就該型飛彈而言，最大貢獻是技術上驗證了潛射飛彈的可能性。雖然它的Д-1發射系統、指揮控制系統和制導系統都比較原始，不過卻為後來的先進發射系統提供了技術積累。而它的另一個貢獻就是戰術戰法的研究。
РДС-4核彈頭
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