Отработка первых ракет ОКБ-586 показала возможность их качественного усовершенствования. Поэтому ОКБ-586 в конце 50-х годов вело работы по модернизации всех типов ракет первого поколения. Главным новым качеством у них стало ампулизированное исполнение топливных емкостей и возможность нахождения в заправленном состоянии до семи лет.

В США создавалась межконтинентальная баллистическая ракета «Титан-2» шахтного базирования на высококипящем топливе, способная нести заряд большой мощности. На вооружении советской армии не было техники подобной мощности, поэтому все ракетные конструкторские бюро приступили к проработке мощных ракет тяжелого и сверх тяжелого классов.

ОКБ-586 был предложен проект ракеты среднего класса, реализованный в комплексе Р-36 в баллистическом и орбитальном вариантах ракет.

Одной из серьезных проблем, возникших при разработке и отработке ракеты 8К67, было обеспечение высокой степени герметичности топливной системы с целью выполнения требования по семилетнему хранению в заправленном состоянии. Проблема была устранена рядом оригинальных конструктивных и технологических решений. Первый пуск ракеты был проведен 28 сентября 1963 г.

Параллельно велись работы по разработке ракеты 8К69. Орбитальная ракета обладает уникальным свойством: поскольку дальность стрельбы у нее не ограничена, она может доставить к цели боевой заряд с двух направлений: с фронта и с тыла. Такая особенность ракеты вынуждает вероятного противника создавать противоракетную оборону на границах обороняемого государства с двух направлений. Технически это свойство обеспечивается специфической схемой полета орбитальной ракеты по настильным траекториям, в том числе по траектории искусственного спутника Земли.

В декабре 1965 г. были проведены первые пуски ракеты по программе летно-конструкторских испытаний.

В августе 1968 г. была запущена ракета 8К67П модификация межконтинентальной баллистической ракеты 8К67, основным отличаем которой, явилось оснащение ее разделяющейся головной частью в составе 3-х боевых блоков. При этом конструкция новой ракеты позволяла использовать ее в ракетном комплексе Р-36.

Разработчики второго поколения ракет шли путем развития и совершенствования предыдущих разработок: основные характеристики ракет были улучшены в несколько раз.