Испытания продолжились в 1965 г., в течение которого наряду с 15 телеметрическими провели пуски уже и шести боевых ракет. Несмотря на проведенные мероприятия, по-прежнему не удавалось обеспечить приемлемую надежность ГСН.
В следующем году начался первый этап государственных испытаний, в ходе которых выполнили пять баллистических и четыре телеметрических пуска. Кроме того, дополнительно провели пуски восьми боевых и двух телеметрических ракет на малых высотах. Определилась необходимость доработки пусковой установки, в связи с чем был выпущен эскизный проект по модификации АПУ-13У
Только во второй половине десятилетия РЛС «Сапфир-21» и ракету с полуактивной радиолокационной головкой ПАРГ-13 удалось довести. На втором этапе провели пуски 21 боевой ракеты. Совместные государственные испытания завершились в 1966 г., и в сентябре 1967 г. ракета и РЛС «Сапфир-21» были приняты на вооружение под наименованиями Р-3Р и РП-22С соответственно. Тем не менее пусковую установку продолжили дорабатывать и в следующем году. Кроме того, в ходе эксплуатации проявились несанкционированные срабатывания радиовзрывателя, что потребовало дополнительного объема испытаний, состоявшихся в 1973 г.
При практически тех же показателях досягаемости, что у Р-3С, «радийная» ракета была заметно длиннее (3,12 м) и несколько больше по массе. Это объяснялось не только отсутствием задающего уровень американского натурного образца, но и рядом объективных факторов. Другие советские ракеты в «радийном» исполнении тоже имели несколько большие длину и массу в сравнении с модификацией сТГС.
Ракеты Р-3Р в сочетании с Р-3С стали штатным вооружением выпускавшихся в 1965—1968 гг. МиГ-21С («тип 95»), на которых устанавливался локатор «Сапфир-21» (РП-22С), а также модифицированных и строившихся в 1969—1974 гг. самолетов МиГ-21СМ («тип 15») и МиГ-21СМТ («тип 50»). Ракеты Р-3Р подвешивались на внешней паре пусковых установок АПУ-13У, а изделия с тепловыми ГСН — на внутренних пилонах.
Ракеты Р-3С и Р-3Р применялись и на последующих модификациях МиГ-21, в том числе (начиная с 1970 г.) на МиГ-21МФ и на поставляемых за рубеж самолетах. Кроме того, еще в первой половине 1960-х гг. Р-3С стали внедрять на МиГ-19, причем не только на исходно ракетоносных перехватчиках МиГ-19ПМ, но и на других вариантах. Эти мероприятия осуществили по совместному решению ВВС и промышленности от 21 января 1963 г. на опытном МиГ-19ПТ с АПУ-3С и успешно провели летные испытания. В СССР МиГ-19 с ракетами Р-3С широкого распространения так и не получили, однако с успехом использовались в ВВС дружественных стран. Также не получили развития и проведенные в 1976 г. работы по оснащению Р-3Р истребителя-бомбардировщика С-32М2 (Су-17М2).
Р-3С и Р-3Р стали основным вооружением первых серийных МиГ-23С с РЛС «Сапфир-21», так как разработка предназначенного для МиГ-23 комплекса вооружения с ракетами семейства К-23 и РЛС «Сапфир-23» отстала от работ по самолету-носителю.
Отметим, что судьба «радийного» варианта К-13 оказалась более счастливой в сравнении с американским аналогом — «Сайдуиндером» AIM-9C, созданным чуть раньше, но выпущенном всего в количестве тысячи экземпляров и не получившим широкого распространения. И это при том, что фирме «Моторола» удалось создать радиолокационную ГСН в габаритах, не превышающих исходную тепловую головку. Возможно, что ограниченное применение этого варианта американской ракеты определилось привязкой ГСН к бортовой РЛС APQ-94, которая устанавливалась только на истребителях F-8 «Крусейдер», к концу 1960-х гг. уже устаревших и постепенно снимаемых с вооружения.
Напротив, советская Р-3Р настолько явно отличалась от исходного варианта с тепловой ГСН, что была быстро идентифицирована на Западе под обозначением АА-2-2 Advanced Atoll.
При всей своей уникальности ракета К-13А (а тем более ее прототип «Сайдуиндер» AIM-9B) обладала весьма ограниченной дальностью пуска, даже на больших высотах не превышавшей 7,6 км. На смену спроектированным в начале 1950-х гг. явно устаревшим ранним модификациям «Сайдуиндера» американцы разработали ив 1967 г. приняли на вооружение усовершенствованный вариант AIM-9D. В новой модификации был устранен явный недостаток исходного образца — огромный тупой лоб прозрачного обтекателя тепловой ГСН, что позволило существенно увеличить досягаемость ракеты. Применение охлаждения жидким азотом повысило дальность захвата ГСН и расширило диапазон углов пуска, новая боевая стержневая часть массой 10,2 кг увеличила вероятность поражения цели. На ракете также устанавливался газогенератор с большим временем работы.
Война во Вьетнаме создала предпосылки для ознакомления советских специалистов с новой американской техникой. Разработка аналогичной отечественной ракеты К-13М развернулась по постановлению партии и правительства от 28 ноября 1967 г. При этом наряду с увеличением дальности ставилась также задача обеспечить возможность пусков в переднюю полусферу. Решением ВПК от 11 марта 1968 г. были определены основные исполнители, этапы и сроки работ, предусматривающие начало летных испытаний в середине 1968 г. и представление ракеты на совместные испытания спустя еще год.
Компоновка ракеты К-13М.
1 — тепловая ГСН; 2 — рулевой привод; 3 — турбогенератор; 4 — газогенератор; 5 — радиолокационный НВ; 6 — ПИМ; 7 — боевая часть; 8 — двигатель; 9 — роллерон.
Р-13М («изделие 380»).