Следующее стартовое окно приходилось на октябрь - ноябрь 1964 г. Этому предшествовала благоприятная возможность стартовать к Венере в феврале - марте. Готовилась серия станций ЗМВ. Ракета была модифицирована и стала называться "Молния-М", 8К78М. Запуски марсианских аппаратов ЗМВ-1 в ноябре 1963 г., ЗМВ-4 в феврале 1964 г. и ЗМВ-1 в марте 1964 г. в сторону Венеры были неудачными. К Венере вышел только один аппарат, названный "Зонд-1", и из-за многочисленных отказов ушел в межпланетное пространство. Марсианские аппараты срочно дорабатывались по результатам неудачных пусков аппаратов, предназначенных для исследований Венеры. К старту был допущен только один из двух марсианских аппаратов. Пуск состоялся 30 ноября 1964 г. Аппарат стал "Зондом-2". Станция не выполнила своей задачи.
В июле 1962 г. НАСА очередной раз пересмотрела программу "Маринер" - было решено использовать ракету-носитель "Атлас-Аджена Д". Запуск первого аппарата, получившего после старта название "Маринер-3", был проведен 5 ноября 1964 г. - аппарат ушел на гелиоцентрическую орбиту, но не отделился обтекатель.
Объект ЗМВ-4 ╧3, предназначенный для полета к Марсу, 18 июля 1965 г. был запущен в сторону Луны, произвел фотосъемку ее обратной стороны и вышел на гелиоцентрическую орбиту. Снимки имели высокое качество.
Таким образом, драматическая история штурма Марса в 60-х гг. завершилась. В 1964 г. фронт работ над ракетой Н1-ЛЗ расширился, многие работы, которые ОКБ-1 выполняло - спутники связи, беспилотные спутники-разведчики, баллистические ракеты подводных лодок, твердотопливные баллистические ракеты - были переданы по постановлениям правительства во вновь организованные КБ в Куйбышеве, Красноярске, Миассе. Работы по межпланетным автоматическим станциям в апреле 1965 г. передали в КБ имени С.А.Лавочкина, которым с 5 марта руководил Г.Н.Бабакин.
Наибольший прогресс в исследованиях Марса был достигнут благодаря полетам космических аппаратов. Запущенный к Марсу в ноябре 1962 г. ракетой-носителем "Молния", космический аппарат "Марс-1" в июне 1963 г. приблизился к планете, преодолев расстояние в 197 млн. км. За время полета к Марсу были получены новые данные о физических свойствах космического пространства между орбитами Земли и Марса, интенсивности космического излучения, напряженности магнитных полей межпланетной среды, о потоках ионизированного газа от Солнца и о распределении метеоритного вещества.
Фотоснимки участков поверхности впервые получены американским космическим аппаратом "Маринер-4". Запуск этого аппарата в ноябре 1964 г. был осуществлен ракетой-носителем на базе ракеты "Атлас". В июле 1965 г. "Маринер-4" прошел на расстоянии 9,6 тыс. км от поверхности Марса и сделал 22 снимка.
Снимки стали сенсационными: поверхность Марса оказалась покрытой кратерами, и, ко всеобщему разочарованию, никаких следов загадочных каналов обнаружено не было. Версия о каналах существовала с 1877 г., когда итальянский астроном Дж.Скиапарелли заметил на планете линии, и позднее была составлена карта этих "каналов".
Космические аппараты "Маринер-6" и "Маринер-7", запущенные в феврале и марте 1969 г., в июле и августе 1969 г. соответственно, продолжая исследования по программе "Маринера-4", передали 75 и 126 снимков, с разрешением около 300 м.
Первыми искусственными спутниками стали: "Маринер-9", вышедший на орбиту вокруг Марса 14 ноября 1971 г., "Марс-2", 27 ноября перешедший на орбиту искусственного спутника Марса, и "Марс-3", совершивший эти действия в декабре. В 1974 г. "Марс-4" осуществил пролет около Марса, был выведен четвертый искусственный спутник Марса - "Марс-5".
Съемка районов, которые все-таки были плохо видны сквозь остаточную пылевую пленку, выполнили с очень высоким разрешением "Марс-4" и "Марс-5". Оказалось, что рельеф разных частей планеты различен. Наиболее характерные районы - обширные кратерированные области, пустынные равнины, вулканические зоны и, наконец, районы особого рельефа, которые не укладываются ни в одну группу.
Обработка фотографий показала, в частности, хорошую сходимость линий "каналов" со скоплениями кратеров и зонами тектонических разрушений. Места пересечения "каналов", так называемые "оазисы", совпадают с участками наибольшей плотности кратеров или разрывных нарушений.
Сейчас каналами принято называть некоторые естественные формы марсианского рельефа, например, такие, как система узких параллельных трещин. Они вытянуты в линию протяженностью до 1800 км, их глубина достигает нескольких сот метров, при ширине не более километра.