В последующих стрельбах нарекания вызвала недостаточная надежность аппаратуры комплекса. По вине дефектов оборудования самолетов и ракет были сорваны два из трех пусков по морским целям, проведенных в декабре 1960 года. Ракеты и системы носителя подверглись доработкам для повышения безотказности до приемлемого уровня.
Тем не менее опыт был признан полезным. Мощность БЧ позволяла надеяться на потопление ближайших целей и при километровых промахах, а на прочих кораблях взрывом выводились из строя экипаж, радиотехнические системы, средства связи и управления, после чего разгром ослабленной группировки довершали ракетоносцы Ту-16, подлодки и корабли флота. Эксплуатация К-20 в строевых частях ВВС началась в августе 1959 года, когда первые ракетоносцы поступили в 1006-й ТБАП в Узине под Киевом. К концу года Ту-95К получили 1226-й ТБАП в Семипалатинске, а затем и 182-й гв.ТБАП в Моздоке. 14 февраля 1963 года в Узин прибыл первый Ту-95КМ. Узинские самолеты в июле 1961 года были привлечены к участию в воздушном параде в Тушино. 16 ракетоносцев зримым воплощением мощи ВВС прошли над аэродромом, неся Х-20М, выкрашенные в броский красный цвет. Хотя показ и был публичным, присутствовавшие на нем западные наблюдатели сумели ввести себя в заблуждение, сочтя прикрывавшие воздухозаборники ракет обтекатели за их головки самонаведения, из-за чего на протяжении ряда лет утвердилось мнение, что Х-20М управляются радиолокационной или, на худой конец, инер-циальной системой. Сами ракеты считались созданными на базе МиГ-19, а «наиболее продвинутые» эксперты объявляли их «беспилотным вариантом Су-7».
Основными целями системы К-20 считались важнейшие военные и промышленные объекты на территории США. К ним относились авиабазы и ядерные хранилища стратегической авиации на Севере у канадской границы, в Техасе, Калифорнии и Луизиане на юге страны, ракетные базы и центры управления в центральных штатах, каскад энергетических объектов в Великих Озерах, ядерные центры и техасские нефтепромыслы (в ту пору большую часть нефти и газа для американской экономики давали собственные месторождения), а также военно-морские базы и порты на побережье США и островах в Тихом и Атлантическом океанах. Курсы к большинству целей пролегали по «Чкаловскому маршруту» - кратчайшему пути через полюс, или к западному побережью американского континента. Что же касается крупных городов и столиц "вероятного противника", то тревоги их жителей в период "холодной войны" были небезосновательными: если сами они и не являлись приоритетными целями, но при выполнении одной из первостепенных задач ДА - "поражение центров государственного, политического и военного управления " - им бы определенно не поздоровилось.
Многие объекты находились на пределе досягаемости, и экипажи регулярно отрабатывали перебазирование и действия с передовых аэродромов на Севере, Дальнем Востоке и в Арктике, где использовались ледовые площадки (такие учения в ДА проводились не реже двух раз в год). В полетах выполнялись дозаправки, осваивался прорыв ПВО на малых высотах, групповые и одиночные удары. Экипажи доско
нально знали будущие цели, загодя изучали обстановку вокруг, рельеф, радиолокационные и другие ориентиры, подходы и районы пуска.
Возможность обмена ядерными ударами в начале 60-х годов рассматривалась обеими сторонами как вполне реальная, причем превентивная атака стратегических объектов противника сулила немалые преимущества. На совещании коммунистических и рабочих партий, проведенном в Москве в 1962 году, официально заявлялось, что СССР и его союзники могут одержать победу в случае ядерной войны.
Постоянное боевое дежурство в полках ДА осложняла трудоемкость подготовки Х-20М. Требовалось заправить ракету топливом, спецжидкостями, воздухом и азотом, произвести проверку систем и опробование двигателя. Если пуск предполагался тактическим, без сброса ракеты, то зачастую обходились и без установки под-фюзеляжного киля, крепившегося более чем сотней винтов.
Сама подвеска Х-20 под самолет требовала недюжинных усилий и сноровки. Тележка с трехметровой высоты изделием впритык протискивалась под фюзеляж, заставляя проворачивать мешавшие лопасти винтов и ювелирно "угадывая" килем ракеты в просвет гру-зоотсека. Тележка "приседала", позволяя выиграть лишние сантиметры, но в таком положении через полчаса безвозвратно садилась на землю. Не раз при закатке сносили антенны на верхушке киля, защищать которые стали с помощью специальной рамы (с нею при "касании" антенны оставались целы, но, бывало, сминался сам киль).
Для закатывания Х-20 требовались усилия как минимум 15-20 человек. В Семипалатинске внесли рацпредложение оснастить 15-тонную тележку с грузом электроприводом, сделав ее самоходной, но до реализации "чуда техники" с аккумуляторной батареей, мотором, редуктором, рулевым управлением и сиденьями расчета дело так и не дошло.
Назначенный ресурс Х-20 определялся сроками хранения, налетом под носителем и числом тактических пусков. Ремонт и доработки ракет выполнялись АРП. При этом доставка ракет в ремонт зачастую производилась самими носителями Ту-95К.