Ракета была оснащена полуактивной радиолокационной головкой самонаведения 1СБ4, которая захватывала цель со старта, сопровождала ее по частоте Доплера в соответствии со скоростью сближения ракеты с целью и вырабатывала управляющие сигналы для наведения ЗУР на цель. ГСН обеспечивала режекцию прямого сигнала от передатчика подсвета самоходной установки разведки и наведения и узкополосную фильтрацию отраженного от цели, сигнала на фоне шумов этого передатчика, собственно ГСН и подстилающей поверхности. Защищенность головки самонаведения от преднамеренных помех обеспечивалась также скрытой частотой поиска цели и возможностью самонаведения на источник помех в амплитудном режиме работы.
ГСН размещалась в передней части ракеты, при этом диаметр антенны приближался к размеру ми деля ЗУР. За ГСН устанавливалась боевая часть, а далее – аппаратура автопилота и двигатель:
Как уже отмечалось, ракета была оснащена комбинированной двигательной установкой. Впереди располагался камера газогенератора с зарядом двигателя маршевой (второй) ступени 9Д16К. Для твердотопливного газогенератора невозможно регулировать расход топлива в соответствии с фактическими условиями полета, так что выбор формы заряда осуществлялся исходя из условной типовой траектории, которую в те годы разработчики считали наиболее вероятной при боевом применении ракеты. Номинальная продолжительность работы немного превышала 20 секунд, масса топливного заряда (длиной 760 мм) составляла около 67 кг. Состав разработанного НИИ-862 топлива ЛК-6ТМ характеризовался большим избытком горючего по отношению к окислителю. Продукты сгорания заряда газогенератора поступали в камеру дожигания, где остатки горючего сгорали в потоке воздуха, входящего через 4 воздухозаборника. Входные устройства воздухозаборников, рассчитанных на сверхзвуковые условия работы, оснащались коническими центральными телами. На стартовом участке, до включения маршевого двигателя, выходы каналов воздухозаборников в камеру дожигания были закрыты стеклопластиковыми заглушками.
В камере дожигания размещался твердотопливный заряд стартовой ступени – обычная шашка с бронированными торцами (длиной 1,7 м и диаметром 290 мм, с цилиндрическим каналом диаметром 54 мм) из баллиститного топлива ВИК-2 массой 172 кг. Так как газодинамические условия работы твердотопливного двигателя на стартовом участке и ПВРД на маршевом участке требовали различной геометрии сопла камеры дожигания, по завершении работы стартовой ступени (длительностью 3-6 секунд) предусматривался отстрел внутренней части соплового аппарата со стеклопластиковой решеткой, удерживающей стартовый заряд.
Надо отметить, что именно в ракете 3М9 подобная конструкция впервые в мире была доведена до стадии серийного выпуска и принятия на вооружение. В дальнейшем, после специально организованного похищения израильтянами нескольких ракет 3М9 в ходе войны 1973 года на Ближнем Востоке, советская ЗУР послужила прототипом при создании ряда зарубежных зенитных и противокорабельных ракет!
Применение ПВРД обеспечило поддержание большой скорости ракеты 3М9 на всей траектории, что способствовало обеспечению высокой маневренности. При проведении учебных и контрольно-серийных пусков ракет систематически достигалось прямое попадание в цель, что случалось крайне редко при применении других относительно крупных зенитных ракет.
Подрыв осколочно-фугасной боевой части ЗН12 массой 57 кг (разработка НИИ-24) производился по команде автодинного двухканального радиовзрывателя непрерывного излучения ЗЭ27, созданного в НИИ- 5 71.
Ракета обеспечивала поражение целей, маневрирующих с перегрузкой до 8 ед., но при этом происходило снижение вероятности поражения таких целей в зависимости от различных условий до 0,2-0,55, тогда как вероятность поражения не- маневрирующих целей находилась в пределах 0,4-0,75.
Длина ракеты составляла около 5,8 м при диаметре 330 мм. Для обеспечения перевозки собранной ракеты в контейнере 9Я266 применили складывание левых и правых консолей стабилизаторов навстречу друг другу.
За разработку ЗРК многие создатели комплекса удостоились высоких государственных наград. Ленинская премия была присуждена А.А.Растову, В.К.Гришину, И.Г.Акопяну, А.Л.Ляпину, Государственная премия СССР – В.В.Матяшеву, Г.Н.Валаеву, В.В.Титову и другим.