На боевое дежурство в США к началу 60-х годов было поставлено порядка 40 МБР, которые могли достигнуть территории СССР. В Европе и Турции находились боевые ракеты средней дальности. В этой ситуации Кремлю нужно было наращивать свои силы. К концу 50-х годов в СССР были развернуты три типа стратегических ракет - это Р-5, Р-7 и Р-12. Но две из них имели слишком малую дальность полета, когда речь шла о США. А первая советская МБР Р-7 с дальностью 8000 километров имела внушительный список недостатков. Поэтому было развернуто считанное число пусковых установок с ней.
Главными минусами Р-7 была долгая подготовка к пуску из-за особенностей топлива. В заправленном состоянии ракета могла находиться лишь 8 часов. Поэтому украинское ОКБ-586 во главе с конструктором Михаилом Янгелем (впоследствии - конструкторское бюро "Южное") предложило создать МБР с жидкостным ракетным двигателем на высококипящих компонентах топлива, что ускоряло подготовку к запуску и позволяло увеличить время хранения в заправленном виде. При этом топливо было токсичным и взрывоопасным.
Идею советское руководство поддержало, и уже к концу 1957 года был готов эскиз новой ракеты. Начало летно-конструкторских испытаний было назначено на лето 1961 года, пристрелочных - на конец 1962. Однако из-за обострения международной обстановки сроки было решено значительно ускорить.
В начале 60-х годов на Байконуре была развернута инфраструктура для ракетных испытаний: уже прошли испытания Р-7, на орбиту были выведены нескольких спутников. Для Р-16 выделили три площадки. На первой находился стартовый комплекс с пусковыми установками и подземный пункт командования. На второй - служебные и вспомогательные помещения, на третьей - жилые корпуса.
К концу лета были закончены заводские испытания ракеты, в сентябре был утвержден состав Госкомиссии по проведению летных испытаний: в нее вошли главнокомандующий РВСН герой Советского Союза Митрофан Неделин и Михаил Янгель, назначенный техническим руководителем испытаний.
Успешный запуск Р-16 советское руководство хотело приурочить к очередной годовщине Великой Октябрьской революции, на полигон постоянно звонила верхушка власти, включая самого Хрущева.
Пуск был назначен на 23 октября: в течение дня ракета была заправлена. Однако перед стартом было принято фатальное решение. Из-за несовершенства системы пиромембран возникали ложные сигналы об их срабатывании, кроме того, при подрыве возникали течи, в результате которых топливо могло загореться само по себе. За процессом нужно было наблюдать как можно ближе, прорыв пиромембран было решено осуществлять не с бортовой системы управления, а с пульта в бункере. Вечером 23 октября при подготовке Р-16 к пуску произошла нештатная ситуация, старт перенесли до выяснения причин.
Если следовать техническим условиям, испытания пришлось бы отложить на месяц. Госкомиссия постановила продолжать процесс без серьезных доработок, пиромембраны было решено прорвать вручную. Часть выявленных дефектов оперативно устранили - те, что смогли. Несколько специалистов высказались против того, чтобы продолжить испытания в таком виде, но их возражения не приняли.
На стартовой площадке в день пуска находились свыше ста человек. Маршал Неделин был менее чем в 20 метрах от ракеты, с ним вместе - главные конструкторы и их заместители. Почему он не укрылся в бункере перед запуском? Одна из версий звучит так, что главнокомандующий хотел подать пример храбрости и воодушевить участников испытаний.
Пиромембраны топливных баков прорвали за час до старта. После последовало объявление 30-минутной готовности к пуску, выставили в ноль программный токораспределитель, как выяснилось впоследствии - от этого замкнуло часть контактов. Двигатель второй ступени запустился раньше времени, произошел оглушительный взрыв, во все стороны пошли огромные волны пламени, сжигающие заживо людей. Только через два часа после трагедии появилась возможность начать аварийно-спасательные работы.
Почти все, кто находился вблизи ракеты, погибли на месте, в том числе - маршал Неделин. Главный конструктор Янгель чудом остался жив: он отошел в курилку вместе с несколькими коллегами. Именно ему предстояло доложить Никите Хрущеву о случившемся.
В катастрофе погибло 74 человека, было ранено 49. Четверо пострадавших позже скончались в больнице, общее число жертв достигло 78. Все случившееся на Байконуре было тут же засекречено. Гибель маршала Неделина прошла в сводках как авиакатастрофа. Оставшихся в живых было решено не наказывать, поскольку непосредственно виновные в случившемся технические специалисты - как показало расследование - погибли при взрыве. Официальной причиной катастрофы было названо грубейшее нарушение требований безопасности. Главный конструктор Янгель вскоре после случившегося пережил инфаркт, но остался жив и продолжил работу.
Относительно удачный пуск Р-16 прошел 2 февраля 1961 года. Следующий - месяц спустя. Были выявлены проблемы со стабилизацией ракеты в полете, к августу 1962 года недочеты устранили. МБР Р-16 была принята на вооружение 20 октября 1962 года, три года спустя в СССР было развернуто уже 186 пусковых установок для нее.