В головной части корпуса установили радиолокационную ГСН, а под фюзеляжем разместили гондолу — небольшой каплевидный обтекатель с инфракрасной головкой самонаведения. При этом поперечный габарит гондолы не превышал диаметр первичного зеркала ГСН «Снегирь» — 0,2 м. Так как требовалось многократно увеличить дальность по сравнению с ГСН ракеты П-15М, пришлось пойти на применение охлаждаемого азотом фотоприемника на базе антимонида индия. Сжатый азот хранился в баллоне под давлением 300 атм. Его хватало на работу ГСН в течение 10 мин от старта ракеты. После неудачных попыток создать образец собственной разработки НИИ-10 использовал уже выпускавшийся серийно фотоприемник ФС-24 ДА. С учетом нагружения при подводном старте обтекатель выполнили не из стекла толщиной 2 мм, а из 6-мм оптически прозрачной керамики. Однако Ленинградский завод оптического стекла не смог освоить производство этой керамики, которое пришлось передать Харьковскому НИИ монокристаллов.

Исходя из ограниченной околозвуковой скорости полета ракеты, обводам носового обтекателя придали скругленную форму. Это обеспечило благоприятные условия преломления при прохождении радиолокационного излучения через обтекатель и позволило при ограниченных размерах контейнера разместить в нем более тяжелую ракету.

Общее руководство работами по «Малахиту» в НИИ-10 осуществлял В.Е. Краснов, по радиолокационной ГСН — И.А. Скородумов, по корабельной аппаратуре «Дунай» — В.Г. Хондзинский, по тепловой ГСН «Дрофа» — B.C. Марчук, а после его трагический гибели (автомобиль ушел под лед замерзшей Волги) — А.И. Крюков.

Другое существенное отличие от «Аметиста» заключалось в построении стартового агрегата. Как известно, на «Аметисте» стартовики были выполнены по двухкамерной схеме, что обеспечивало умеренную тягу при движении на подводном участке траектории и быстрый разгон после выхода на ракеты на поверхность. Однако эта конструкция допускала включение камер только в определенной последовательности, что исключало возможность использования ракеты с наклонной пусковой установки надводного корабля: при малой тяговооруженности изделие, едва сойдя с направляющих, просто нырнуло бы в море. Для «Малахита» приняли раздельное исполнение двигателей подводного хода и собственно стартовиков для разгона ракеты. При этом изделия, поставляемые на надводные корабли, двигателями подводного хода не комплектовались. Стартовый агрегат включал в себя по паре стартовиков, двигателей отброса и, при необходимости, двигателей подводного хода — ПРД-148, ПРД-149 и ПРД-150 соответственно.

Крылатая ракета «Малахит» в предстартовой конфигурации.

Крылатая ракета «Малахит».

Аэродинамическая компоновка также претерпела изменения, аналогичные тем, которые имели место при переходе от П-6 к «Базальту». Стреловидное крыло сменилось трапециевидным, близким к треугольному, которое при обеспечении требуемой площади лучше компоновалось в сложенном положении в контейнере ограниченного диаметра.

В начале 1960-х гг. твердотопливная ракетная техника только обретала современный облик и развивалась очень быстро. Применение вдвое большего по массе заряда твердого топлива новой модификации позволило не только увеличить дальность, но и упростить конструкцию маршевого двигателя ПРД-146. Аналогичный «Аметисту» блок из трех наклонных сопл сместился ближе к хвосту ракеты. Правда, внедрение нового топливного состава придало дымному следу продуктов сгорания двигателя «радикальный черный цвет». Это дополнительно демаскировало ракету и стреляющий корабль. Однако с учетом того, что противник использовал для обнаружения воздушных целей и наведения на них оружия в основном радиолокационные средства, а не визуальное наблюдение, излишняя заметность ракеты в оптическом диапазоне могла даже способствовать ее успешному применению, оказывая устрашающее психологическое воздействие на вражеских зенитчиков.

Фактически аванпроект ракеты был выпущен через полгода после принятия постановления, а эскизный проект — в феврале следующего года. Далее темп работ несколько замедлился. Сказалось и решение октябрьского Пленума ЦК КПСС о снятии с высших партийно-государственных постов Н.С. Хрущева, что ухудшило позиции В.Н. Челомея. Как и «Аметистом», «Малахитом» непосредственно занимались бывшие сотрудники С.А. Лавочкина в филиале №3 ОКБ-52. Вскоре этой организации вернули самостоятельность, переключив ее на разработку (под руководством главного конструктора Г.Н. Бабакина) беспилотных космических аппаратов для исследования Луны и дальнего космоса. Но в течение ряда лет они продолжали работать и по крылатым ракетам Челомея, в частности, изготовив в 1968 г первый образец «Малахита» для проведения испытаний.

Универсальность ракеты в части применения как с подводных лодок, так и с надводных кораблей позволила начать испытания естественным порядком — не экспериментами на погружающемся стенде, а пусками с берегового стенда ракет с автопилотом, но без головок самонаведения. В первом пуске 20 сентября 1968 г. из-за отказа автопилота (не разарретировался один из гироскопов) ракета упала менее чем в двух километрах от пусковой установки. Два последующих пуска прошли относительно успешно, при этом в последнем пуске (23 февраля 1969 г.) ракета пролетела в автономном режиме более 100 км.