На заключительном участке работы второй ступени, по мере приближения к заданному значению скорости, система управления выдавала предварительную команду на отключение основного двигателя. Уровень ускорений многократно уменьшался, что позволяло намного точнее определить момент выдачи главной команды, по которой выключался рулевой двигатель, подрывались пироболты крепления головной части и запускались установленные на хвостовом отсеке тормозные твердотопливные двигатели. Они «оттягивали» отработавшую ступень от головной части. В отличие от ракет Р-5М или Р-12, головная часть не получала слабо предсказуемый импульс пружинного или пневматического толкателя, что существенно снижало возмущения и улучшало точность стрельбы.
В целом ракета Р-16 отличалась изящностью облика, чему способствовало большая длина-31 м при исполнении в двух калибрах — 3,0 м по первой и 2,4 м по второй ступени. Стартовый вес составлял около 141 т.
Через год с небольшим после принятия майского (1959 г.) постановления наземная отработка вышла на финишную прямую. В августе 1960 г. в НИИ-229 в подмосковном Загорске провели огневые стендовые испытания первой ступени. Мощной струей двигателя были снесены чугунные плиты газоотводного лотка стенда, на некоторое время выведя его из строя. Но в целом работу признали успешной. После трех огневых стендовых испытаний второй ступени сочли возможным перейти к летным испытаниям.
Этим испытаниям второй ступени предшествовал очень большой объем наземной отработки, призванный подтвердить надежность ее запуска в пустотных условиях. Первоначально, как и на других двигателях верхних ступеней, предполагалось предусмотреть специальные меры для обеспечения его запуска — например, установить в сопле герметичные заглушки, поддерживающие наземное давление в камере. В дальнейшем, по результатам эксперементального включения газогенератора в барокамере объемом 3 м3, а затем и отработки начального выхода на режим двигателя в барокамере в тридцать раз большего объема, стало ясно, что применение специальных мер не потребуется. Для обеспечения запуска вполне хватало скапливавшихся в камере паров поступавшего с опережением окислителя.
В сентябре первая летная машина ЛД-1 — ЗТ после проведения многократных проверок была отправлена из Днепропетровска в НИИП-5, более известный как космодром Байконур, или как г. Ленинск. К этому времени в интересах отработки Р-16 там были сооружены стартовая и техническая позиции — площадки 41 и 42, а также жилая зона — площадка 43.
