ГСН размещалась в передней части ЗУР, при этом диаметр антенны приближался к размеру миделя ракеты.
Как уже отмечалось, ракета была оснащена комбинированной двигательной установкой. Впереди располагалась 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 с, масса топливного заряда (длиной 760 мм) составляла около 67 кг. Состав разработанного НИИ-862 топлива J1K-6TM обеспечивал большой избыток горючего по отношению к окислителю. Продукты сгорания заряда газогенератора поступали в камеру дожигания, где остатки горючего догорали в потоке воздуха, поступающего через 4 сверхзвуковых 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 (длиной 1,7 м и диаметром 290 мм) с цилиндрическим каналом диаметром 54 мм и бронированными торцами из баллиститного топлива ВИК-2 массой 172 кг. Так как газодинамические условия для работы твердотопливного двигателя на стартовом участке и для функционирования ПВРД на маршевом участке требовали различной геометрии сопла камеры дожигания, по завершении работы стартовой ступени (длительностью 3–6 с) производился отстрел внутренней части соплового аппарата со стеклопластиковой решеткой, удерживающей стартовый заряд.
Вызывает законную гордость то, что именно в отечественной ракете 3М9 подобная конструкция впервые в мире была доведена до стадии серийного выпуска и принятия на вооружение. После специально организованного израильтянами захвата нескольких ракет 3М9 в ходе войны 1973 г. на Ближнем Востоке советская ЗУР послужила прототипом при создании ряда зарубежных зенитных и противокорабельных ракет.
Применение ПВРД обеспечило поддержание большой скорости и, соответственно, высокой маневренности ракеты 3М9 на всей траектории. 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.
