26 января 1954 года вышло совместное постановление ЦК КПСС и Совмина СССР <О проведении проектно-экспериментальных работ по вооружению подводных лодок баллистическими ракетами дальнего действия и разработке на базе этих работ технического проекта большой подводной лодки с реактивным вооружением> (тема <Волна>). Главным конструктором подводной лодки был назначен Н.Н. Исанин, ответственным за разработку ракеты - С. П. Королев.
По началу С. Королев не верил в возможность осуществления подводного старта ракеты, на чем настаивали моряки. Слишком новым и не изученным был этот вопрос. С целью наработки экспериментальных данных был выполнен пуск ракеты из шахты специальной конструкции, который закончился неудачей. Моряки, в частности капитан-инженер 2 ранга П.Н. Марута, ознакомившись с результатами эксперимента, заявили, что с научной точки зрения он поставлен некорректно. И хотя моряки продемонстрировали Королеву успешные пуски моделей ракет из шахт, как сухих, так и заполненных водой, Сергей Павлович решил не рисковать.
В ОКБ-1, занятом работами по межконтинентальным ракетам, решили пойти по пути адоптации уже созданных и испытанных ракет к новым условиям. Посоветовавшись с кораблестроителями, королевцы занялись модернизацией оперативно-тактической ракеты Р-11М, имевшей подходящие размеры для размещения на выбранных в качестве возможных носителей подводных лодках. Такой подход позволял уложиться в заданные сроки, но не мог обеспечить создание нового эффективного оружия, что и подтвердилось в последствии.
Летные испытания ракеты, получившей на флоте обозначение Р-11ФМ, начались в начале 1955 года на полигоне Капустин Яр. Первоначально ракеты запускались с неподвижной пусковой установки, а затем с качающегося стенда, имитировавшего волнение моря в 5 ... 6 баллов. Стенд представлял из себя вертикальную шахту с комплексом необходимых систем и приборов. Испытания продолжались до августа. Не обошлось без проблем. Ряд пусков закончились неудачно. За это время полностью подтвердилось мнение о безопасности для подводной лодки старта ракеты с жидкостным двигателем.
11 сентября 1955 года на первой ракетной подводной лодке Б-67 был поднят Военно-морской флаг. Первый выход на ракетную стрельбу назначили на пятый день после вступления лодки в строй. В обстановке глубокой секретности, ночью с 14 на 15 сентября, на борт Б-67 была доставлена ракета. На лодку прибыли Исанин и Королев, а также представители промышленности и морского полигона. Уже после того, как лодка легла на боевой курс, на катере прибыл и поднялся на борт адмирал Л.А. Владимирский, временно исполнявший в то время обязанности заместителя главкома ВМФ по кораблестроению и вооружению.
Чтобы обеспечить точную стрельбу, недалеко от поселка Ненокса были установлены створные знаки, обеспечивавшие выполнения задачи прицеливания. На воде, в точке старта, установили буй. За час до намеченного времени старта началась подготовка ракеты к пуску. 17 часов 32 минуты 16 сентября 1955 года из акватории Белого моря, впервые в мире, с борта подводной лодки, находившейся в надводном положении, успешно стартовала баллистическая ракета. Как вспоминал впоследствии командир лодки Ф.И. Козлов, все страшно волновались. У Сергея Павловича Королева, руководившего подготовкой ракеты к старту, и отдавшему команду на пуск, пот градом катился со лба. В таком же состоянии прибывали и остальные руководители испытаний. Вскоре пришло донесение с боевого поля - ракета, пролетев 250 км, приземлилась, точность стрельбы в заданных пределах. Всего 1955 году с Б-67 было произведено восемь пусков. Позднее, из торпедных лодок в ракетные было перестроено еще пять единиц (проект АВ-611), которые до 1967 года использовались как опытовые и учебные.
Ракета Р-11ФМ выполнена одноступенчатой, с несущими топливными баками из стального сплава. При ее проектировании и строительстве были использованы новейшие достижения в области ракетостроения и металлургии. Применение легких и прочных материалов позволило снизить вес ракеты до 5,5 т.
На ракете устанавливался маршевый жидкостный ракетный двигатель, компоненты топлива в камеру сгорания которого подавались не турбонасосным агрегатом, а вытеснительной системой. В качестве компонентов топлива применялись керосин Т-1 и азотная кислота АК-20, воспламенение которых обеспечивалось специальным пусковым горючим. Баки ракеты заправлялись в базе перед выходом на боевое патрулирование. Для этих целей был создан специальный комплекс наземных средств.
Система управления ракеты решала задачи управления дальностью и обеспечивала устойчивость движения ракеты в полете. Она включала в себя автомат стабилизации, автомат управления дальностью, коммутационную аппаратуру и источники питания. Невысокие характеристики инерциальной системы управления ракеты, а также навигационной системы лодки, служившей для определения ее местоположения в момент старта, не позволили достигнуть достаточно хорошей точности стрельбы и КВО составило около 3 км. В качестве органов управления полетом были применены газоструйные рули. Дальность полета не превышала 160 км.
Ракета комплектовалась неотделяемой в полете моноблочной головной частью с ядерным зарядом мощностью 10 кт. При встрече ракеты с целью должно было сработать взрывное устройство и обеспечить подрыв специального заряда головной части.
Стрельба ракетами могла быть осуществлена только при нахождении лодки в надводном положении, при волнении моря до 4 ... 5 баллов и скоростях хода 8 ... 12 узлов. Подготовка к старту ракет осуществлялась в подводном положении, на что уходило до двух часов. Пуск первой ракеты мог быть произведен через 5 минут после всплытия подводной лодки. За это время пусковой стол с ракетой поднимался на уровень верхнего среза шахты.
Программа испытаний ракеты Р-11ФМ и ракетного комплекса Д-1 продлилась до конца 1958 года, а в феврале 1959 состоялось решение о принятии на вооружение подводных лодок, оснащенных этим комплексом. Кроме указанных выше, этой ракетой, до принятия на вооружение БРПЛ (баллистическая ракета подводных лодок) Р-13, оснащались ракетные лодки проекта 629.
С принятием комплекса Д-1 с ракетой Р-11ФМ на вооружение Советский Союз стал первой страной, в составе подводных сил которой находились ракетные подводные лодки с баллистическими ракетами.
С 1958 по 1967 год было произведено 77 пусков ракет Р-11ФМ, из которых 59 было признано успешными. Неудачных пусков было 18 (7 - из-за ошибок личного состава, 3 - по причинам отказа систем ракет, причины остальных определить не удалось). Ракетный комплекс Д-1 был снят с вооружения в 1967 году.