Отработанными к тому времени средствами С-125 достигалось поражение целей со скоростями до 1500–2000 километров в час в диапазоне высот 200—10000 метров на дальностях 6—10 километров. Обеспечивался обстрел целей, маневрирующих с перегрузкой до 4 единиц в диапазоне высот 5000–7000 метров. Околозвуковые цели на высотах более 1000 метров могли поражаться даже при маневре с перегрузкой до 9 единиц. В условиях применения пассивных помех наибольшая высота поражения целей снижалась до 7000 метров. При стрельбе по постановщику активных помех, осуществляемой по методу «трехточки», максимальная высота составляла 6000 метров, а минимальная возрастала до 300 метров. Максимальный курсовой параметр составлял 7 километров, увеличиваясь до 9 километров для околозвуковых целей. Вероятность поражения цели одной ракетой оценивалась в 0,82—0,99 с ухудшением до 0,49—0,88 при постановке противником пассивных помех.
В то же время с целью устранения недостатков, выявленных в процессе испытаний, 24 августа 1961 года Комиссией по военно-промышленным вопросам было принято решение № 173, которым определялась необходимость проведения основными разработчиками и испытателями следующих мероприятий: испытать радиовзрыватель ракеты на вертолете с целью определения минимальной высоты применения и устранения влияния пассивных помех на его работу; провести в августе — сентябре 1961 года 10 пусков ракет для испытаний доработанного радиовзрывателя, а в IV квартале 1961-го — I квартале 1962 года осуществить контрольные испытания в условиях низких температур. КБ-1 было поручено построить в IV квартале 1961 года на территории полигона стационарную вышку для имитации мишени, летящей на высоте 15–18 метров, проработать радиопрозрачное укрытие для антенного поста СНР-125; до конца года провести испытания СНР при воздействии активных помех от станции «Резеда» и пассивных помех, применяемых при полете на малых высотах, в режиме ручного сопровождения цели. Следовало также провести оценку взаимного влияния комплексов систем С-75 и С-125 при расположении их на расстоянии 5–6 километров друг от друга.
Аналогично практике ввода в строй серийных комплексов С-75 была создана стыковочная база комплексов С-125 на площадке № 50 полигона Капустин Яр, обеспечивавшая прием боевых средств системы от производителей, стыковку и настройку техники огневых дивизионов, передачу техники представителям войсковых частей.
Развертывание первых зенитных ракетных полков, оснащенных комплексами С-125, началось с 1961 года в Московском округе ПВО.
Впереди первого эшелона С-25 были размещены 17 дивизионов С-125. Позже система начала поступать в другие военные округа. Началось формирование зенитных ракетных бригад С-75 и С-125 смешанного состава. Такая бригада имела до четырех-шести С-125 и до шести-восьми дивизионов С-75 и по одному техническому дивизиону на каждый тип комплекса. Противодействие воздушному противнику осуществлялось в широком диапазоне высот.
Разработанная под руководством А. А. Расплетина С-125 была совершенно новой системой, построенной на печатных платах, и первые станции имели низкую степень надежности. КБ-1 и завод № 304 совместно отрабатывали технологию печатного монтажа. Во время работ было много отказов, это не устраивало военных. На полигоне военные в первое время фиксировали отказы станции через каждые два часа.
В июне 1961 года Александр Андреевич приступил к созданию модификации, которой было присвоено название «Нева-М». В этой работе участвовало ОКБ-304. Вскоре совместная деятельность увенчалась успехом. Завод освоил технологию печатного монтажа. Надежность возросла, военные подтвердили вывод о том, что станцию можно осваивать в серийном производстве. Было выдвинуто новое требование: увеличить возможности комплекса при стрельбе по целям, летящим на предельно малых высотах.
Комплекс С-125М с двухступенчатой управляемой ракетой 5В27В принят на вооружение 27 сентября 1970 года. К моменту завершения работы над комплексом ракета 5В27 была усовершенствована и под индексом 5В27В поступила на вооружение.
Для С-125М разработана четырехракетная ПУ. Она была разработана в соответствии с указаниями Д. Ф. Устинова.
Высота перехвата целей комплексом С-125 варьировалась от 50 до 18 тысяч метров. Ракета могла совершать маневр с перегрузкой до 6 единиц. Боеготовность комплекса с марша была доведена до 30 минут.
В состав комплекса была введена система телевизионного наведения «Карат-2», которая позволяла при ясной погоде обнаруживать цель на расстоянии до 15 километров, не боялась радиопомех, так как обеспечивала обстрел целей в дневных условиях без включения передатчиков станции на излучение. Однако в плохую погоду «Карат» не работал. Первые комплексы с телевизионной системой были установлены под Ташкентом. Позже их перебросили во Вьетнам, но участия в боевых действиях они не принимали. В 1970-е годы были проведены работы по совершенствованию системы С-125М и расширению ее боевых возможностей. Непосредственной модернизацией комплекса занималось ОКБ-304, модернизацией ракет — ОКБ Кировского машиностроительного завода им. XX партсъезда.