在水面发射取得成功后，随后开始了水下发射试验任务。根据海军、造船工业部和国防工业部门各方商讨的提议，苏联部长会议在1955年2月发布命令，确定了研发工作的参与人员。任务同样分成三个阶段。第一阶段从专门的水下试验台上发射模型导弹；第二阶段从水下运动潜艇上发射模拟弹（专门改装了1艘613型潜艇）；第三阶段从改装的潜艇上瞄准和发射导弹。
1956年12月末，在黑海造船厂制造的水下试验台进行了C4.1型模拟弹的第一次发射试验，该模型弹与P-11ФМ导弹相同尺寸和外形，并配备有固体燃料发动机。在水下试验台共进行了4次C4.1型模拟弹和4次C4.5型模拟弹发射试验。1957年7月，在613型潜艇C-229号上进行了3次C4.1型模拟弹的发射，发射深度30米，潜艇航速分别为2.3、3.5和4.5节。1958年3-4月又用液体燃料发动机进行了3次C4.5型模拟弹水下发射试验，发射深度30米，潜艇航速分别为3.5和4.5节。
1955年9月16日Б-67潜艇发射Р-11ФМ导弹
最初两个阶段试验证明了水下发射的可能性。为此，将B611型潜艇Б-67号按照ПВ-611型潜艇改装，准备水下发射C4.7型模拟弹。改装内容包括将1个制式发射井更换为配备CM-85型实验装置的水下发射用发射井；改变了导弹与发射井之间的环形间隙的注水系统；安装了新的遥测装置；使用拖曳式天线基阵来传送遥测信息。不过1959年8月第一次发射没有成功，导弹未能按预定时间出水，最后出筒离艇后只是按照随机弹道飞行了15千米，便在科拉半岛沿岸坠落。之后，技术人员找出失败原因是控制系统故障，虽然遥测数据表明，控制系统根据预定算法发出了所有点火命令。试验随后又进行了一年，因为需要对导弹进一步完善和试验。1960年8月试验重新开始。第二次发射也未能成功。在射前准备阶段，发射井注水时，导弹突然从发射台上脱落，导弹头部受损。事故原因是发射井注水系统在工厂生产时有缺陷。1960年9月10日，试验性C4.7型导弹在水下30米深、航速3.2节终于成功实现了水下发射，命中125千米外靶标。这是苏联潜射弹道导弹第一次从水下成功发射。试验委员会评估结果认为，试验任务圆满完成，因而建议停止研究工作。因为新的P-13潜射导弹飞行试验已经在1960年8月结束，并在10月列入装备，这就使得制造水下发射的P-11ФМ导弹已无必要。
1959年2月20日，根据政府命令，P-11ФМ导弹列入装备。研制该武器系统和第1艘B611与AB611型潜艇的研发人员获得列宁奖金。他们是第16中央设计局的Н.Н.伊萨宁、第402造船厂的И.С.巴赫金、第1特种设计局的И.В.波普科夫和П.В.诺沃日洛夫、第885研究所的В.П.费诺格耶夫、第49研究所的В.П.阿列费耶夫、П.М.泽连佐夫和В.Ф.佩秋林、第385特种设计局的В.П.马克耶夫和第592研究所的Н.А.谢米哈托夫。由于按照规定，每人只能获得一次，因而科罗廖夫无法再次获得。
从1958-1967年该型导弹共进行77次发射，其中59次发射成功。1967年该导弹退出装备。
Б-67潜艇水下发射C4.7模拟弹
导弹全长10.34米，直径0.88米，全重（未加注燃料）1.67吨，加注燃料后全重5.47吨，起飞质量55吨，最大投掷质量1吨，携带单弹头，采用单级液体火箭推进和惯性制导，最大射程150千米，圆概率偏差8千米，只能在4-5级海况水面发射，用于打击大型面积目标。导弹由弹头、仪器舱、燃料箱、箱间段、氧化剂箱和尾段组成。仪器舱呈圆筒状，用于旋转制导控制仪器，内部固定有十字形隔板。燃料箱和氧化剂箱连成一体。尾段为圆筒形壳段，内部安装一台液体火箭发动机。外部装有4个稳定尾翼。尾段壳体上开有便于操作维护的舱口。
导弹采用挤压式单推力液体火箭发动机，弹上有增压燃料供应系统。推进剂预先储存在推进剂箱内，加注好推进剂后即焊死加注口以防止泄漏。一次加注可以保存数月到数年时间。使用时，弹体与战斗部不分离，由发动机和弹体外的4个稳定尾翼提供飞行控制。
P-11ФМ导弹，左面为原型
该型导弹设计采用РДС-4核弹头，当量3万吨TNT，不过在正常巡逻期间只携带常规弹头。只有在发生危机时，核弹头才会从岸上仓库转送布置到潜艇上。
导弹发射时准备过程都在水下完成，需要2小时。发射导弹时，潜艇指挥塔升出水面，导弹筒盖打开，导弹被升到发射筒顶部。为防止海风造成导弹不稳定，导弹固定在两个支架之间。5分钟即可发射第一枚导弹，之后再过5分钟发射第二枚。导弹发射时，潜艇可以以12节速度行驶。
应该说，该型导弹是苏联第一种具有实战功能的潜射弹道导弹，也是世界上第一种潜射弹道导弹。当然由于射程太近，必须行驶到敌方近海发射，而近海恰恰也是对方反潜力量最强的区域，因而显得实战意义不强。就该型导弹而言，最大贡献是技术上验证了潜射导弹的可能性。虽然它的Д-1发射系统、指挥控制系统和制导系统都比较原始，不过却为后来的先进发射系统提供了技术积累。而它的另一个贡献就是战术战法的研究。
РДС-4核弹头
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