Корабельные счетно-решающие приборы "Ставрополь-1" и "Изумруд-1" обеспечивали: выработку углов наведения бортовых гироприборов относительно плоскости стрельбы и плоскости горизонта, и выдачу их на борт ракеты, – выработку преобразование текущей дистанции до цели во временную установку интегратора продольных ускорений с учетом поправок на вращение Земли и ее несферичности, и др., выработку боевого курса ПЛ.

Р-21 представляла собой одноступенчатую баллистическую ракету с отделяющейся головной частью. Баки окислителя и горючего являлись силовым корпусом ракеты, они были разделены межбаковым пространством и совместно с приборным и хвостовым отсеком представляли собой цельносварную конструкцию из листовой нержавеющей стали.

Р-21 имела следующие параметры траектории при стрельбе на максимальную дальность:

скорость в момент выключения двигателя – 3439 м/с;

высота конца активного участка – 68,9 км;

время полета на активном участке – 93 сек.;

полное время полета до цели – 384,6 сек.;

скорость встречи головной части с целью – 342 м/с.

Кроме дизельных лодок пр.629Б комплекс Д-4 получили 8 атомных лодок пр.658, из которых последние семь сразу строились по пр.658М под комплекс Д-4 с тремя пусковыми установками СМ87-1 .

Проектирование проекта 658 велось с августа 1956 года. Приемный акт на головную ПЛ этого проекта К-19 был подписан 12 ноября 1960 года. К-19 была единственная лодка, достроенная по пр.658 под Д-2, остальные лодки К-33, К-55, К-40, К-16, К-145, К-149 и НС-178 были достроены по пр.658М. Они вступили в строй с июля 1961 г. по июнь 1964 г.

ПЛ пр.658 для пуска ракет Р-13 должна была всплывать в надводное положение. Время пуска трех ракет составляло 12 минут, не считая времени всплытия и погружения.

При установке ракет Р-21 в лодках пр.658М потребовалось создать комплекс средств, удерживающих ПЛ в заданном диапазоне глубин ("система одержания"). Без принятия мер по одержанию ПЛ при старте одной ракеты подвсплывала на 16 м, что не позволяло в короткий срок привести ее на исходную глубину для старта следующей ракеты.

Применение подводного старта вызвало существенные переделки и в самой лодке. Перед стартом ракеты предусматривалось заполнение водой кольцевого зазора, образующегося между габаритами шахты и помещенной внутри ее ракетой. Для этого потребовалось размещение на лодке специальных балластных цистерн с системой перекачки. Для ликвидации разбаланса плавучести ПЛ после выхода ракеты из шахты была предусмотрена возможность приема около 15 куб.м воды в уравнительную цистерну. Кроме того, при переходе с ракет Р-13 на Р-21 пришлось устанавливать новые пусковые установки.

При предстартовой подготовке ракет Р-21 осуществлялся предварительный наддув баков окислителя с горючим до давления 2,4 атм. Затем шахта заполнялась водой и продолжался наддув баков до давления 8,5 атм. В процессе заполнения шахты водой заданный уровень воды в воздушном колоколе поддерживался автоматически с помощью датчиков предельных уровней и электроавтоматики системы предстартового оборудования. После заполнения шахты водой производилось выравнивание давления в ней с забортным и открывалась крышка шахты.