后期 S-75 开始使用改进型的 SM-90 导弹发射架
“扇歌”雷达
PRV-10 测高雷达
P-12 搜索雷达
S-75 的 PR-11A 导弹运输拖车
S-75 系统的主要作战方式包括要地防空和机动伏击两种：要地防空主要是环绕防御目标构筑多层防线，每层防线上有多个六角形地空导弹阵地为支撑点，在战区防空指挥中心统一指挥和协调下，与防空战斗机、地面高炮协同作战共同抗击敌方多方向、多高度、多波次高强度空中打击，保卫己方要地安全。机动伏击是根据敌机侦查规律和活动航迹分析结果，有意识的在敌机必经之地设伏，待敌机经过时突然攻击。这种战术通常要求部队以营为单位进行大范围铁路或公路机动，打一枪换个地方，让敌人难以捉摸我方防空部队的部署情况；必要时还需要出动海空军进行战场佯动来引蛇出洞。上世纪 50、60 年代，解放军地空导弹部队使用 S-75 系统实施机动伏击先后击落 5 架美蒋 U-2 高空侦察机。
发射中的红旗-2 地空导弹
被解放军地空导弹部队击落的 U-2 残骸
具体战斗中，远端标图参谋和近端标图参谋在营指挥所里收听军区空情指挥中心提供的空情信息，根据对方提供敌机飞行方向、速度、高度信息在地图上绘制敌机飞行轨迹，计算敌机距离我方射击区域的有效距离；营长根据上述信息并遵照战区防空指挥中心预先制定的作战计划定下发射决心；“扇歌”雷达指挥车上的高低参谋和方向参谋分别操作两台跟踪天线跟踪敌机，将敌机回波信号稳稳地套在显示屏正中央；确认锁定目标后，“扇歌”转入自动跟踪，六部导弹发射架顺着“扇歌”雷达的跟踪方向缓缓转动同步跟踪目标；待营长一声令下，发射技师遵照发射顺序连续发射导弹，引导技师的显示屏上会显示一个微弱的雷达回波正高速接近敌机回波信号，直到两者重合后消失；如果敌机释放干扰，引导技师转入手动跟踪引导导弹击中目标。
S-75 制导车内部
标图员正在根据雷达指示标注敌机飞行动态
从服役开始，S-75 系列就开始了自己持续不断地改进，根据战场实际要求有针对性的加强某一方面的性能，先后衍生出多个子型号，共同构筑起各有分工、覆盖完整的第一代防空体系。
从 1956 年 8 月 25 日开始，为对付频繁穿越苏联领空执行侦察任务的美国 U-2 高空侦察机，负责 S-75 系统导弹部分设计的“火炬”设计局在格鲁申领导下开始研制推力更大的 11D 型导弹。该弹换装大推力火箭发动机，最大升限达到 2.2-2.5 万米。该弹于 1957 年底完成设计，次年 4 月通过发射测试。
