В работах по зарядам третьего поколения можно условно выделить два временных периода.
В первый период 1966—76 годов был обеспечен паритет ядерных сил США и СССР. Часто, характеризуя этот период, употребляют понятие «гонка вооружений», что не совсем точно. Агрессивные инициативы США и Запада вынуждали Советский Союз разворачивать соответствующие оборонные проекты — масштабные в силу того, что масштабными были внешние угрозы. Поэтому первый период связан с созданием более совершенных комплексов ядерных вооружений, эффективных в условиях возможного противодействия ПРО и ПВО.
Второй период 1976—90 годов оказался завершающим этапом «гонки вооружений», после чего начались сокращения стратегических ядерных вооружений.
Период 1966—76 годов был характерен новым витком наращивания наступательных и оборонительных ядерных вооружений США. В 1967 году Соединенные Штаты завершили создание стратегической триады. В ее составе насчитывалось 1054 пусковые установки межконтинентальных баллистических ракет «Минитмен-1», «Минитмен-2» и «Титан-2», 656 пусковых установок ракет подводных лодок «Поларис А-2» и «Поларис А-3» и 615 стратегических бомбардировщиков Б-52 и Б-58.
В 1970 году на вооружение поступили ракеты «Минитмен-3» с тремя боеголовками каждая. На подводных лодках были размещены баллистические ракеты «Посейдон С-3», каждая из которых была оснащена 10–14 боеголовками. На вооружение стратегической бомбардировочной авиации поступила система СРЭМ — крылатая ракета с ядерным боевым оснащением.
Точность этих новых стратегических систем по сравнению с предыдущими была повышена более чем вдвое. Одновременно была увеличена мощность боеголовок. Только в результате этих мероприятий поражающие возможности США увеличились не менее чем в пять раз. А повышение точности однозначно выдавало нацеленность США на первый обезоруживающий удар по советским стратегическим силам— прежде всего по высокозащищенным шахтным пусковым установкам (ШПУ) межконтинентальных баллистических ракет (для удара возмездия по целям типа крупных городов высокая точность не требуется).
В сфере якобы «оборонительных» систем США приняли широкомасштабные программы создания ядерной ПРО: «Найк-Икс» (1963—65 годы), «Сентинел» (1965— 69 годы), «Сейфгард» (1969—76 годы).
В этих условиях Советский Союз вынужден был принять адекватные меры. Для стратегических систем необходимо было новое боевое оснащение, способное преодолевать противодействие системы ПРО. Повышение стойкости конструкции заряда и боеголовки в целом к воздействию поражающих факторов ядерного взрыва противоракет стало одной из приоритетных задач.
Значительная веха этого периода — 1966 год, когда во ВНИИЭФ был испытан экспериментальный заряд с высоким уровнем стойкости и повышенными удельными показателями. Проверенные в опытах физические и конструкторские решения использовались в дальнейшем во всех стратегических термоядерных зарядах третьего поколения. Разработанные первичные заряды имели существенно меньшие габариты и массу. В них впервые было применено новое ВВ с более высокими удельными и прочностными характеристиками.
Заряды третьего поколения разрабатывались для решения широкого спектра задач, прежде всего — для боевого оснащения систем стратегических вооружений — МБР с разделяющимися головными частями. Стратегические заряды также применялись для оснащения головных частей ракет подводных лодок. Многие системы с этими зарядами находятся на вооружении до настоящего времени.
Исключительно важные результаты были получены в 1968—75 годах, когда шла отработка зарядов повышенной стойкости разных весовых категорий. В условиях подземных испытаний была проверена работоспособность стратегических зарядов мегатонного класса на полную мощность. В 1973 г. в преддверии заключения Договора об ограничении мощности подземных испытаний были проведены два испытания на Новоземельском полигоне с рекордной для подземных взрывов мощностью в несколько мегатонн.
Введение в строй парка ЭВМ БЭСМ-6 и создание программ, позволивших выйти на двумерный уровень расчетов, дали возможность рассчитывать заданные характеристики зарядов с достаточно высокой точностью.
Планы создания в США противоракетной обороны остро поставили вопросы повышения живучести ядерных боеприпасов. Была проведена серия полигонных экспериментов по изучению комплексного воздействия излучений ядерного взрыва на боеприпас, ядерный заряд и элементную базу. Широко исследовались возможности применения специальных защитных материалов.
При проектировании и отработке новых зарядов появилось много конструкторских новшеств. Внедрялись новые материалы (алюминиевые сплавы, титан, композиты, пластмассы, клеи и т. д.) и прогрессивные технологии (прессование, штамповка, защитные покрытия и ингибиторы и т. п.). Осуществлялась миниатюризация некоторых элементов конструкции, систем электрического инициирования, корпусных деталей, соединений и др.
Переход к новым первичным инициаторам потребовал усовершенствования газодинамической базы, измерительной техники, новых лабораторных методов контроля. Практически постоянно совершенствовалась технология проведения подземных испытаний и их аппаратурного обеспечения.
К середине 70-х годов были решены задачи ядерного оснащения комплексов оружия различного назначения. В стратегических силах это были межконтинентальные баллистические ракеты с моноблочными и разделяющимися головными частями Р-36М, УР-100К, УР-100Н, МР-УР-100, РТ-2П, во флоте— ракеты с моноблочными головными частями: Р-31 (комплекс Д-11), Р-29Р (комплекс Д-9Р), Р-27У (комплекс Д-5У). Для ядерного оснащения этих систем вооружения использовались ядерные заряды второго и третьего поколений.