Совместные Государственные испытания всей системы К-10 проводились в ГКНИИ ВВС с 21 ноября 1958 г. В течение следующего года произвели 10 пусков, проверялась и возможность посадки носителя с подвешенной ракетой. Для этого из баков К-10С сливался окислитель, т.к. даже при случайном его контакте с горючим могло произойти самовоспламенение. С сентября 1959 г. по ноябрь 1960 г. проводились испытания комплекса К-10 с тактическими пусками по кораблям ЧФ и с реальными пусками - по старому танкеру «Чкалов» водоизмещением немногим более 9000 т. Танкер предназначался для имитации цели типа «крейсер» с развитыми надстройками, для этого на нем натянули металлическую сетку высотой 13 м, попадание в которую засчитывалось как поражение.
Испытания показали, что крупные надводные корабли обнаруживались на дальности, близкой к теоретическому радиогоризонту, и вскоре (через 50-60 км пути) уверенно захватывались на автосопровождение. Хотя специальные испытания по определению максимальной дальности полета К-10С не проводились, но в ходе одного из неудачных пусков ракета, не поразив цель, улетела на 245 км, при этом падение на 610-й секунде полета не было вызвано полной выработкой топлива.
Однако пуски выявили, что дальность боевого применения К-10С по сравнению с КС-1 не увеличилась. Ввиду частых отказов станций ЕС и ЕН, а также двигателей ракет все пять пусков К- ЮС с расстояния 130-150 км завершились неудачно. В процессе испытаний выявился еще один неприятный факт: оператору станции ЕН приходилось работать при температуре внутри гермокабины, превышавшей 40ЛС. Из-за трудностей с отработкой комплекса испытания завершились только к концу 1960 г. Причем последние пуски прошли в условиях применения радиотехнических помех. В общей сложности в ходе ГИ два Ту-16К-10 выполнили 184 полета. Из 20 запущенных К-10С только половина попала в цели. Тем не менее, по расчетам разработчиков комплекса, вероятность поражения морской цели этими ракетами составила 0,714 (вот что значит правильно сосчитать!). По выкладкам военных, этот показатель составил всего 0,624, что существенно отличалось от величины,заданной в Постановлении правительства. Тем не менее, 12 августа 1961 г. Постановлением Совмина №742-315 систему К-10 приняли на вооружение Авиации ВМФ. Уже после этого заместители председателей госкомитетов по авиационной и оборонной технике (ГКАТ и ГКОТ) подписали Акт Госиспытаний, внеся в него, как «особое мнение», вероятность поражения 0,8 на основании своей трактовки результатов выполненных в 1961 г. пусков.
