Ракеты УР-100К и УР-100У отличались от ракеты УР-100 тем, что усилиями коллектива ОКБ-52 — ЦКБМ на них была установлена боеголовка с тремя разводившимися боевыми блоками, с индивидуальным наведением каждый. В то время, когда в СССР для ракет ещё не было создано ЦВМ, эта сложнейшая задача решалась посредством аналоговых систем.
«До сих пор многие не верят, что такая задача была нами решена к середине 60-х годов», — вспоминает Г. А. Ефремов.
Ракеты могли комплектоваться лёгкой — для обеспечения межконтинентальной дальности и более мощной, тяжёлой головной частью, обеспечивающей среднюю дальность. Первоначально ракета имела моноблочную ядерную отделяемую в полёте головную часть. Впоследствии число управляемых высокоскоростных боевых блоков с уменьшенным атмосферным рассеянием достигло трёх, а позднее четырёх. На каждую головную часть устанавливается так называемый комплекс средств противодействия (КСП) ПРО, включающий средства искажения сигнальных характеристик боевых блоков, тяжёлые и лёгкие ложные цели, станцию активных помех и т. д.
В обозначении ракеты УР-100К буква «К» расшифровывалась как «кассетная». Первоначально предполагалось, что такая боевая часть будет решать задачу преодоления ПРО, однако вскоре заказчик потребовал также решить задачу и индивидуального наведения боевых блоков.
Следует отметить, что в связи с отрицательным отношением Н. А. Пилюгина к ракете УР-100К, предстояло определить головного разработчика системы управления этой ракеты. Выбор В. Н. Челомея пал на НИИ прикладной механики, возглавляемое его личным другом, главным конструктором В. И. Кузнецовым. Герберт Александрович оказался невольным свидетелем того, как В. Н. Челомей сообщил о своём решении В. И. Кузнецову. Бурный отказ известного гироскописта от такого предложения был вполне объясним. Лишь позиция заместителей — О. Ю. Райх-мана и В. И. Решетникова, предложивших своему шефу вариант стать головными разработчиками систем управления ракетой УР-100К, — оказалась приемлемой для В. И. Кузнецова. Решение состояло в том, что система управления ракеты УР-100 в ракете УР-100К сохранялась полностью, замене подлежала лишь инерциальная система наведения, разработанная в НИИ прикладной механики. В результате все чертежи на все элементы системы управления на заводе-изготовителе в Харькове были переоформлены подписями работников НИИ прикладной механики. Замена в существующих шахтах ракет УР-100 на ракеты УР-100 К была экономически выгодной, так как не только сохранялись шахты типа ОС (отдельный старт), но и первоначально предполагалось, что будут использованы и ЖРД I и II ступени от ракет УР-100, а также транспортно-пусковые контейнеры.
Замена ракет УР-100 тем не менее сопровождалась уничтожением её добротных двигателей I и II ступеней, аппаратуры системы управления и других элементов. Замена ракет УР-100 ускорялась случаями появления во внутренних объёмах контейнеров газообразных молекул компонентов топлива «загазованных» ракет. Таких было обнаружено около двадцати штук, тогда как только четыре из них имели следы как горючего, так и окислителя. Хотя впоследствии оказалось, что эти дефекты были допущены Оренбургским мехзаводом только на одной партии ракет, желание заменить УР-100 укрепилось.
Необходимо отметить, что предусмотренный В. Н. Челомеем запас длины ракеты в шахте на 1,85 метра позволил, увеличив стартовую массу ракеты УР-100К на 8 тонн — до 50 тонн, обеспечить прирост массы боевой нагрузки на 230 килограмм относительно характеристик ракет УР-100.
Увеличенная масса боевой нагрузки позволила решить сложную задачу создания скоростных боевых блоков, что обеспечивало высокую точность стрельбы. Боеголовки ракеты УР-100, разработанные в Филиале № 1 ОКБ-52, парашютировали при подлёте к цели на дозвуковой скорости, что отрицательно сказывалось на точности стрельбы. Для обеспечения разведения боевых блоков по индивидуальным целям проектантами и конструкторами в Реутове была создана необычная энергетическая система.
Главной интригой при создании комплекса с ракетой УР-100К было то, что секретарь ЦК КПСС Д. Ф. Устинов категорически не признавал эту ракету. Стремление полностью вытеснить из состава ракетных войск разработки авиатора В. Н. Челомея с заменой их на ракеты М. К. Янгеля были очевидны.
Команда министра обороны А. А. Гречко искусно подменила в постановлении ЦК КПСС и СМ СССР ракету УР-100К ракетой УР-100У. При этом ракета УР-100У отличалась лишь двумя усиленными шпангоутами корпуса. Ракеты УР-100У с аналоговой системой управления, тремя боеголовками и комплексом средств преодоления ПРО «Каштан» размещались временно в новых шахтных пусковых установках для ракет УР-100Н, для чего на дно шахты на высоту шесть метров засыпался керамзит. В последующем в эти шахты высокой защищённости устанавливались ракеты УР-100Н, а ракеты УР-1ООУ переносились в шахты ОС. Такой приём позволил провести лётную отработку ракеты УР-100 К под маркой ракеты УР-100У.