Первоначально ракета К-6 предназначалась для использования в составе проектировавшегося А.И. Микояном истребителя-перехватчика И-3 с РЛС «Алмаз-3». Постановлением от 30 декабря 1954 г. устанавливались максимальная дальность пуска до 6 км и высота перехватываемых целей до 16 км. Стартовая масса не должна была превышать 150 кг при массе боевой части 20–25 кг. Основными разработчиками ракеты и системы управления были определены организации, ранее создавшие ракету К-5.
Эскизный проект по К-6, выпущенный в мае 1955 г., продемонстрировал заметный прогресс проектировщиков и конструкторов ОКБ-2, уверенно реализовавших новые решения и смело нарушавших уже сложившиеся каноны и стереотипы. Первым из новых решений, принятых для К-6, стал отказ от схемы «утка» в пользу «нормальной» схемы. В какой-то мере это соответствовало аналогичному переходу, осуществленному при создании новой грушинской зенитной ракеты В-750 комплекса С-75, радикально отличавшейся от ранее появившейся ракеты В-30 °C.А. Лавочкина для комплекса С-25. С переходом на «нормальную» схему удалось уйти от досаждавшего аэродинамикам и управленцам момента «косой обдувки», который возникал при маневрировании ракеты. Сделанный выбор позволил также использовать рули ракеты в качестве элеронов, что существенно сократило число рулевых машинок. Также возросла эффективность управления ракетой в полете. Ожидалось и заметное упрощение производства и эксплуатации за счет сокращения количества движущихся элементов и их соединений. Но, как и обычно бывает в технике, вместе с достоинствами выявились и недостатки.
Система управления осталась прежней, с наведением по лучу РЛС носителя. Поэтому радиоаппаратура системы наведения К-6 размещалась, как и на К-5, в хвостовой части ракеты. В отличие от предыдущего образца вместо двухсопловой схемы в двигателе решили применить сопловой блок с множеством небольших сопл. При этом рули ракеты должны были работать в потоке горячих газов. В результате эффективность их работы значительно менялась после прекращения работы двигателя. Для компенсации этого недостатка потребовалось применить упругие элементы между рулями и рулевыми машинками. Пришлось установить на ракету дополнительную теплозащиту, повысить требования к аппаратуре. Но все же преимуществ у «нормальной» схемы оказалось больше, что и подтвердили проведенные в 1957 г. пуски.
Заметный шаг вперед при проектировании К-6 был сделан и в области технологии. В основных элементах ракеты практически полностью отсутствовали заклепочные соединения, большинство ее элементов изготавливалось с помощью самых высокопроизводительных процессов штамповки и сварки. Конструкция новой ракеты предусматривала также и ее поотсечную сборку, позволявшую соединять отсеки даже в полевых условиях.
С мая по декабрь 1956 г. проводились автономные испытания ракеты на обычном МиГ-19 № 59210549, неоснащенном радиолокатором. Кроме испытаний основного варианта К-6 на этом самолете осуществили 10 пусков ракеты с поворотным крылом. Одновременно с этим были подготовлены два перехватчика СМ-6 (№ 2100101 и 2100102). С февраля того же года на них велась отработка РЛС «Алмаз-3». С самолета № 2100101 было выполнено 25 пусков К-6 различных модификаций.
Инженеру-испытателю ОКБ-2 Юрию Владимировичу Ермакову запомнился драматический случай при летной отработке К-6:
«Однажды МиГ-19, который пилотировал наш всеобщий любимец Константин Коккинаки, сразу же после пуска ракеты устремился вертикально к земле. Все, кто был на аэродроме, замерли. Но самолет постепенно выровнялся и немедленно пошел на посадку. А успокоившийся после посадки Коккинаки рассказал: «Все было как обычно, нажал кнопку «Пуск», ракета пошла вперед, но тут же развернулась и полетела в сторону самолета. Естественно, я тут же рванул вниз». Таких чудес с ракетами нам встречать еще не доводилось. Потому мы с особым нетерпением ждали проявления кинопленки, которую бережно извлекли из находившейся в кабине истребителя кинокамеры. Ну а к вечеру и нам довелось пережить «эффект самонаведения». Оказалось, что через несколько секунд после схода с направляющей от ракеты оторвался один из трассеров и стал приближаться к самолету. Конечно, никто не смог бы за те доли секунды, которые занял этот процесс, определить, что же приближается к самолету — ракета или же относительно безобидный, но ярко светящийся трассер… Нам оставалось только позавидовать выдержке и реакции наших летчиков-испытателей, которые в каждом полете могли натолкнуться и не на такое…»
Вспоминает Ф.О. Согомонян:
«После этого пуска упавшая на землю К-6 привлекла наше внимание прежде всего своими обгоревшими рулями. Газовая струя из сопл двигателя поработала над ними весьма основательно. Сомнений не было — конструкцию рулей требовалось основательно доработать. Но как? Обмеры обмерами, однако конструкторам на фирме требовались более «веские» улики. Снятые с ракеты обгоревшие рули было приказано срочно отправить в Москву Естественно, что эти рули требовалось соответствующим образом упаковать и оформить для транспортировки. Но у нас не было времени для того, чтобы действовать «как положено»: дело происходило в пятницу, а до отлета в Москву полигонного Ли-2 оставалось всего несколько часов. И я решил действовать «неформально», на свой страх и риск. Вскоре обгоревшие рули преодолели проходную аэродрома в кузове одной из военных машин. Ее, к счастью, проверяли в тот день без излишнего рвения. В общем, к отлету Ли-2 я с этими рулями успел, сумел и позвонить на предприятие, чтобы как положено встретили «изделия» на Чкаловской.»