После завершения ПВБ начался третий (летный) этап испытаний Р-29, который осуществлялся с наземного стенда в Неноксе (Архангельская область) и был направлен на отработку системы астрокоррекции полета ракеты на заданные цели. Он продолжался с некоторыми перерывами вплоть до ноября 1971 г. Четвертый (совместный летный) этап испытаний должны были осуществить с использованием К-145, модернизированной по пр. 701.
Корабль прибыл на ССЗ-402 в ноябре 1965 г., и как предполагал первоначальный план выполнения работ, он должен был быть готовым к испытаниям к концу 1969 г. Вместе с тем, в декабре 1967 г. техническая готовность лодки достигала 90,5% (вместо предполагавшихся 97%), что объясняется отсутствием поставок оборудования и механизмов ракетного комплекса (прежде всего, АКЦВС «Альфа-701», АУКСППО и арматуры). В конце концов, существенное отставание разработки комплекса Д-9 от сроков, установленных Правительством, привело к тому, что в ноябре 1969 г. совместным решением Министерства судостроительной промышленности и ВМФ была приостановлена реализация технического проекта 701 на перевооружение всей серии лодок пр. 658. Впоследствии от этих планов отказались вообще, так как началась (в марте 1970 г.) постройка более совершенных АПЛ пр. 667В, которым было отдано предпочтение.
К-145 простояла у построечной стенки завода вплоть до декабря 1970 г. Затем она самостоятельно перешла в губу Оленью, где до 25 марта 1971 г. провели корабельные швартовные испытания (ШЛИ) и парные стыковки систем комплекса Д-9, а также закончили подготовку к пускам ракет Р-29 из двух шахт при использовании нештатных приборов АКЦВС «Альфа-701» (к этому моменту ее еще не ввели в строй). Штатный образец этой АКЦВС изготовили только в апреле 1971 г. Для его монтажа и доработки корабль пришлось вернуть на СМП. К декабрю 1971 г. он был готов к проведению совместных летных испытаний (СЛИ) комплекса Д-9. К этому моменту завершились испытания на полигоне в Неноксе.
20 декабря 1971 г. на К-145 погрузили первую ракету Р-29, а 25 декабря в Белом море произвели ее пуск из надводного положения (ледовая обстановка не позволяла осуществить подводный старт). После этого лодка перешла в губу Оленью, базируясь в которой, она продолжила в Баренцевом море СЛИ. 27 мая 1972 г. во время пятого пуска ракеты, в процессе предстартовой подготовки на глубине 40 м, на этапе предварительного наддува топливных баков первой ступени, из-за передува бака горючего началось разрушение соединительного днища баков и смешение компонентов топлива. Лодка была вынуждена всплыть в надводное положение. После того как открыли крышку аварийной шахты, ракета взорвалась. Многие детали и конструкции ПУ оказались поврежденными, и корабль вновь пришлось возвратить на СМП. К 3 августа 1972 г. боеспособность К-145 восстановили, а спустя восемнадцать суток (21 августа) был осуществлен шестой пуск Р-29.
