Выбор опытового корабля был сделан еще в 1955 г., когда руководство Министерства обороны и флота обратились к ЦК КПСС с предложением переоборудовать по пр. ЗЗ для испытаний ракетного оружия два крейсера-ветерана Великой Отечественной войны: черноморский «Ворошилов» (пр.26) и балтийский «Максим Горький» (пр.26бис). На пр. ЗЗ предлагалось испытывать ПКР: П-35 — на «Ворошилове» и П-6 — на «Максиме Горьком». При этом на последнем предусматривалось провести и отработку баллистических ракет Р-15. Однако вопрос о судьбе пр. ЗЗ решался столь медленно, что ему стали «наступать на пятки» штатные носители разрабатываемого оружия — подводные лодки пр.651 и ракетные крейсера пр.58. В итоге «Максим Горький» отправился на слом, а «Ворошилов» все-таки был переоборудован в опытовое судно ОС-24, но уже по другому проекту, разработанному в ЦКБ-17 (ныне — «Невском ПКБ») под руководством Г.И. Власова, — пр. ЗЗМ, которым он был предназначен для испытаний комплексов М-11 и «Оса-М».
В результате проведенной модернизации архитектура корабля изменилась до неузнаваемости. С крейсера сняли штатные надстройки, мачты и всю имевшуюся артиллерию, поставив пару спаренных 57-мм автоматов 3иф-31 Б, предназначенных для самообороны. На ОС-24 было размещено по станции наведения и по пусковой установке комплексов М-11 и «Оса-М», а также множество стоек, как собственно аппаратуры комплексов, так и систем, обеспечивающих измерения, проверки и прочие операции, не предусмотренные на боевом корабле. Все это хозяйство требовало больших объемов для размещения. Чтобы свести к минимуму демонтажные работы внутри корпуса, большинство оборудования расположили в двух новых прямоугольных надстройках. На крыше более высокой носовой надстройки установили опытный образец антенного поста станции «Гром». На нее же опирались две из четырех стоек решетчатой фок-мачты, несшей самую совершенную на начало 1960-х гг. трехкоординатную радиолокационную станцию обнаружения «Ангара-А» МР-310. Столь же солидная, но более низкая решетчатая грот- мачта перед второй трубой предназначалась для перспективной станции «Восход» МР-600. Но ее разработка задерживалась, и опытный образец МР-600 поставили на первый боевой корабль, оснащенный комплексом «Гром» — противолодочный крейсер «Москва».
Вновь установленное на ОС-24 радиоэлектронное хозяйство многократно увеличило потребности в энергопотреблении. Чтобы решить эту проблему суммарную мощность турбо- и дизельгенераторов почти утроили, доведя до 3700 кВт, но при этом пришлось ополовинить котлотурбинную установку, снизив ее мощность до 61000 л.с. Тем не менее корабль мог по-прежнему развивать неплохую скорость в 29 узлов, поскольку по водоизмещению (стандартное 8100 т, полное 9550 т) ОС-24 не превышал «Ворошилов» в лучшие времена завершения его строительства, до установки непредусмотренного проектом дополнительного вооружения и оборудования.
