Самонаведение К-80 осуществлялось по методу пропорциональной навигации. Из компоновочных соображений ракета имела нормальную аэродинамическую схему. Треугольные крылья и трапециевидные рули располагались крестообразно. Ракетный двигатель на твердом топливе имел суммарный импульс тяги у земли 24500 кгс/с. Осколочно-фугасная БЧ массой 53,5 кг имела радиовзрыватель и предохранительно-исполнительный механизм. К-80 обеспечивала поражение воздушных целей, летящих со скоростью до 2000 км/ч на высотах 8-21 км (с превышением над самолетом-носителем до 8 км) и на дальностях от 2 до 25 км. Масса ракеты составляла 483 кг, длина - 5450 мм, диаметр фюзеляжа - 315 мм. Для ее подвески на перехватчик "128" разработали специальное подкрыльевое пусковое устройство АПУ-128. Ракеты с тепловой головкой подвешивались на внутренние крыльевые пилоны, с радиолокационной - на внешние.
Учитывая всю сложность отработки и доводки РЛС "Смерч", ее связи с бортом самолета и ракет, общего взаимодействия всех элементов комплекса, было принято решение о проведении испытаний станции на летающих лабораториях "98ЛЛ" и Ту-104ЛЛ, причем на последней даже проводили пуски опытных ракет К-80 по мишеням. Переделку опытного самолета "98" провели в 1959 г. путем установки на месте кабины штурмана РЛС "Смерч" и некоторых других изменений. За свой внешний вид машина у разработчиков и испытателей получила кличку "буряк". Работы по этой лаборатории возглавлял один из старейших соратников Туполева А.И.Путилов.
Первый прототип Ту-128 в ходе испытаний. Под фюзеляжем - обтекатель КЗА
Первый прототип Ту-128
Строительство опытного самолета на заводе №156 продолжалось в течение первой половины 1960 г. К середине лета перехватчик был готов, и 12 июля его перевезли на Л ИиДБ, где закончили монтаж оборудования и опробовали системы. Первый прототип внешне несколько отличался от серийных машин: под фюзеляжем был установлен большой обтекатель с контрольно-записывающей аппаратурой (КЗА) и два подфюзеляжных гребня для увеличения путевой устойчивости.
Для проведения заводских испытаний создали бригаду во главе с Д.Кантором, ведущим инженером по испытаниям стал B. Карпинский, летный экипаж назначили в составе летчика-испытателя М.В.Козлова и штурмана-испытателя К.И.Малхасяна. Кроме того, к полетам на опытном перехватчике "128" готовились лучшие пилоты и штурманы летно-испытательной базы: C.Т.Агапов, А.Д.Бессонов, В.П.Борисов, В.Молчанов, А.Н.Николаев, В.Баженов, В.Колосов. В ходе подготовки проводились тренировочные полеты на перехватчиках Су-9, Як-27 и других самолетах, близких по назначению к "128". В состав бригады испытателей машины включили и экипаж Ту-104/1 Л, на котором отрабатывались важнейшие элементы комплекса, во главе с ведущим инженером по летным испытаниям ОКБ-156 А.Гороховым. Впоследствии это помогло решить многие проблемы, связанные с работой РЛС и комплекса в целом. Устранением выявленных недостатков и отказов занималась бригада, руководимая ведущим инженером по производству А.Залесским.
Опытный перехватчик "128" передали на заводские испытания 23 января 1961 г. 27 февраля начались рулежки. Всю первую половину марта прототип накатывал сотни километров по аэродрому ЛИИ. 18 марта М.Козлов и К.Малхасян подняли машину в первый полет, продолжавшийся 30 минут. 21 марта после второго полета заменили один из двигателей. На седьмом полете к испытаниям подключился летчик-испытатель А.Бессонов. На опытной машине проверялись поведение перехватчика в воздухе, его взлетно-посадочные свойства. 20 апреля на восьмом полете самолет на высоте 11000 м вышел на скорость, соответствующую числу М=0,98.24 апреля опытный "128" достиг скорости М=1,06.