В ходе последующей эксплуатации комплексов С-75М для них были разработаны модернизированные варианты ракеты 20Д:
-  20ДА - ракеты, отслужившие гарантийный срок, при ремонтах переоборудовались на заводах в ракеты модификации 20ДС;
-  20ДП - вариант ракеты В-755, доработанный для наведения на цель на пассивном участке траектории. Предусматривалось увеличить в полтора раза максимальную дальность пуска ракет по дозвуковой цели с ЭПР 6-8 м² и обеспечить дальнюю границу зоны поражения 55-60 км. Для обеспечения более продолжительного полета ракеты с работающим ЖРД была разработана модификация двигателя, получившая обозначение С2.720.А2, обеспечено более длительное энергообеспечение бортовой аппаратуры и привода рулевых машинок, увеличено время задержки срабатывания самоликвидатора ракеты. За счет использования ракеты на пассивном участке траектории дальняя граница зоны поражения доработанных комплексов была увеличена до 56 км;
-  20ДУ - (В-755У) - модификация ракеты 20Д;
-  20ДС - модификация ракеты с селектирующим блоком для обеспечения стрельбы по целям с высотой полета менее 200 м;
-  20ДСУ - модификация ракеты с уменьшенным временем предстартовой подготовки, оснащенная селектирующим блоком;
-  В-755 ОВ (20 ДО) - модификация ракеты В-755, предназначенная для отбора проб воздуха при проведении ядерных испытаний, созданная конструкторами завода №41. Для своевременного отделения блока отбора проб воздуха, в том числе и при работающем двигателе второй ступени, ракета оснащалась дополнительной третьей ступенью с твердотопливным двигателем.

ЗРК С-75М «ВОЛХОВ» С РАКЕТОЙ В-760

Постановлением ЦК КПСС и СМ СССР от 30 декабря 1960 г. №1234-528 применительно к системе С-75М была задана разработка зенитной управляемой ракеты 15Д (В-760) со специальной боевой частью, предназначенной для поражения групповых воздушных целей. Разработка велась филиалом ОКБ-2 (МКБ «Факел») на заводе №41 под руководством Главного конструктора В.В. Коляскина. Для повышения надежности ракета 15Д оснащалась двумя комплектами бортовой аппаратуры радиоуправления и радиовизирования ФР-15Н, блоком управления - автопилотом АС-1Н. Внешним отличием ракет 15Д стало отсутствие дестабилизаторов, связанное как с компоновочными особенностями, так и с тем, что при большом радиусе поражения цели не требовалась отработка резких маневров. По проведенным на полигоне двум первым пускам выявились недостатки, обусловленные изменением аэродинамики второй ступени ракеты, что потребовало срочного проведения доработок.

Ракета 20Д (В-755) на пусковой установке СМ-90	СМ-90 в транспортном положении

После успешного завершения испытаний ракета В-760 (15Д) принята на вооружение Постановлением от 15 мая 1964 г. № 421-166 и Приказом МО СССР №0066 1964 г. По своим характеристикам она практически соответствовала В-755, отличаясь от нее большей минимальной высотой зоны поражения, принятой исходя из условий обеспечения безопасности прикрываемых объектов.

Для обеспечения более надежного наведения ракеты 15Д на самолеты-постановщики помех и на групповые цели в ОКБ-304 был создан радиодальномер РД-75 «Амазонка», дополнительно введенный в состав комплекса. Наведение антенн радиодальномера по азимуту и углу места в направление на цель осуществлялось с использованием синхронной связи с антенным постом СНР.

С-75Д

Находившиеся в войсках комплексы С-75 «Десна» постоянно дорабатывались как на местах дислокации, так и при проведении плановых ремонтов на заводах Министерства обороны, что позволило поддерживать боевые возможности комплексов С-75 «Десна» практически на уровне созданных позднее комплексов С-75М «Волхов». Разработка системы с расширенными боевыми возможностями на базе систем «Десна» была начата в соответствии с Постановлением СМ СССР от 4 июня 1963 г. № 621-207. Постановлением предусматривалось обеспечение возможностей обстрела целей со скоростями до 2000 км/час, снижение минимальной высоты поражения с 3000 до 300 м, расширение курсовых углов зоны поражения целей, летящих со скоростью 1500 км/час до 90 градусов и до круговой зоны при обстреле дозвуковых целей. Проведенные в середине шестидесятых годов работы позволили ввести в боекомплект комплексов С-75 «Десна» ракеты типа В-755, в том числе В-755У с ускоренным циклом предстартовой подготовки. Использование усовершенствованных пусковых установок СМ-63-ПА позволило эксплуатировать ракеты типов 13Д и 20Д всех модификаций. Комплекс под обозначением С-75Д с ракетами В-755, В-755У (и их модификациями) был принят на вооружение в 1969 г. Приказом Министра обороны СССР №0046.

С-75М «ДЕСНА»

В середине шестидесятых годов было принято решение о начале экспортных поставок комплексов с аппаратурой 6-сантиметровго диапазона. Комплекс С-75 «Десна» в 1965 году был доработан для поставок в зарубежные страны, а с конца 1960-х годов в его состав была введена ракета 20Д (В-755).

С-75М1 «ВОЛХОВ»

Разработка системы С-75М1 была начата в соответствии с Постановлением СМ СССР от 4 июня 1963 года № 621-207. Предусматривалось увеличение максимальной дальности по дозвуковым целям с эффективной поверхностью рассеяния типа Ил-28 с 40 до 55 км, снижение минимальной высоты поражения с 3000 до 300 м, расширение курсовых углов зоны поражения целей, летящих со скоростью 1500 км/час до 90° и до круговой зоны при обстреле дозвуковых целей. Для С-75М1 были созданы станция наведения РСН-75В1, антенный пост П1В, усовершенствованная пусковая установка СМ-90 с электросиловым приводом ЭСП-90, транспортно-заряжающие машины ПР-11 Б и ПР-11 Д.

Комплекс работ по совершенствованию систем С-25 и С-75 в 1965 году был удостоен Ленинской премии.

ЗРК С-75М2 «ВОЛХОВ»

Для комплекса С-75М2 были разработана ракета 5Я23 и выполнены доработки аппаратурной части комплекса для использования ракет 20ДП (и более поздних модификаций: 20ДС; 20ДУ; 20ДСУ) с наведением на пассивном участке траектории, что позволило увеличить максимальную дальность стрельбы по одиночной цели, летящей со скоростью до 500 м/с в беспомеховой обстановке до 56 км.