Двигатель ракеты состоял из двух блоков -основного с тягой 23 т и рулевого с тягой 3 т. Основной блок был размещен ("утоплен") в баке горючего, рулевой блок был скомпонован на нижнем днище бака горючего.

Переходник, размещенный в нижней части ракеты, предназначапся для стыковки ракеты с пусковой установкой и создания воздушного "колокола", снижающего пик давления при запуске двигателя в затопленной водой шахте.

В комплексе была применена принципиально новая схема пусковой установки, включающей в себя пусковой стол и размещаемые на ракете резиновометаллические амортизаторы (РМА). На ракете отсутствовали стабилизаторы, что в сочетании с РМА позволило уменьшить диаметр шахты.Корабельная система повседневного и предстартового обслуживания ракеты обеспечивала автоматизированное дистанционное управление и контроль за состоянием систем с единого пульта, а автоматизированное централизованное управление предстартовой подго- . товкой, стартом ракет, а также проведение комплексных регламентных проверок всех ракет осуществлялось с пульта управления ракетным оружием (ПУРО).

В комплексе была реализована возможность залповой стрельбы двумя 8-ми ракетными залпами. Исходные данные для стрельбы вырабатывала боевая информационно-управляющая система "Туча" (главный конструктор – Р.Р.Вельский).

Отработка комплекса Д-5 с ракетой Р-27 проводилась в три этапа:

а) Этап бросковых испытаний для отработки подводного старта, ракетного двигателя и шахты. Этап включал в себя 5 пусков с ппавстенда и 6 пусков с переоборудованной ПЛ пр.613.

б) Этап летных испытаний с наземного стенда – 17 пусков.

в) Этап летных испытаний с головной ПЛ пр.667А К-137 "Ленинец" для отработки комплекса в целом – 6 пусков.

Стрельба с К-137 проводилась с глубины 40-50 м, время предстартовой подготовки составило около 10 минут, Интервал стрельбы между пусками ракет – 8 секунд (при залповой стрельбе).

При стрельбе на максимальную дальность время работы двигателя ракеты было 128,5 секунд, высота конца активного участка – 120 км и максимальная высота траектории – 620 км.

Постановлением СМ № 162-164 от 13.03.1968 г. комплекс Д-5 с ракетой Р-27 был принят на вооружение ВМФ.

Комплекс Д-5 получили атомные ПЛ пр.667А. Внешне лодки были похожи на американские типа "Джордж Вашингтон", за что их на западе называли "Янки тип", а у нас – "Ваня Вашингтон". Пусковые установки размещались в вертикальных шахтах, равнопрочных прочному корпусу лодки. Шахты располагались симметрично диаметральной плоскости в два ряда по 8 в четвертом и пятом отсеках.

Для самообороны ПЛ пр.667 рассматривался вариант помещения в одной или двух шахтах зенитных ракет "Оса-М" вместо баллистических ракет. Однако реализован проект не был.

На базе ракет Р-27 была создана баллистическая ракета Р-27К, которая имела бортовые средства для визирования цели и коррекции полета головной части на конечном участке. Ракета Р-27К успешно прошла испытания и в 1974 году была принята в опытную эксплуатацию ВМФ. Ракетами Р-27К была оснащена только одна лодка.

10 июня 1971 г. вышло Постановлением СМ о модернизации комплекса Д-5. Основной целью модернизации было оснащение ракеты головной частью с тремя боеголовками (без индивидуального наведения) с сохранением дальности стрельбы Д-5, или моноблочной боевой частью с увеличением дальности стрельбы в 1,2 раза и точности стрельбы на 15%. Модернизация коснулась двигателя: увеличена сила тяги и системы управления. Комплекс получил наименование Д-5У, а ракета – Р-27У.