早期的 1D 导弹，头部外形和弹翼有所不同
S-75 系统于 1953 年 11 月 20 日开始研制，由“金刚石-安泰”设计局的 Boris Bunkin 设计团队全权负责该项目研制工作。为了追求更高的制导精度和更小的体积，科研人员打算用新型 V 波段（发射波长 6 厘米）制导雷达来代替 S-25 系统上 N 波段（发射波长 10 厘米）雷达。但是由于苏联电子工业水平限制，V 波段制导雷达迟迟不能定型，倒是 N 波段雷达上的关键部件——新型磁控管已经研制完毕。不得已之下 S-75 系统分成两个型号并行研发：使用 RSNA-75 低频雷达作为制导雷达的 SA-75“德维纳”系统；和使用性能较为先进的 RSN-75 高频雷达的 S-75N“德斯纳”系统。两个系统都用苏联境内的河流命名，这一命名习惯后来贯穿苏联防空导弹系统研发历程始终。
而在导弹弹体设计方面，由于拉沃金忙于 S-25 和 DAL 系统导弹部分的设计，不得不成立一个新团队负责 S-75 的弹体设计，主持这一工作的是拉沃金的副手之一——Pyotr Grushin。Grushin领导的团队就是后来著名的“火炬”设计局的前身。
1955 年 S-75 1D 导弹安装在原型发射架上准备进行试射
和拉斯普列京一样，Grushin 在设计 S-75 系统的导弹部分时，也充分吸取了 S-25 的经验教训。S-75 系统的导弹为两级火箭。发射时一级火箭起到助推器作用，燃烧完毕后自动脱落，二级火箭推进导弹继续飞行。这样导弹的灵活性和对抗高空高速目标的能力也越强。1955 年 4 月，代号为 1D（1 号项目）的导弹在苏联卡普斯金亚尔导弹试验场试射成功。
1D 导弹侧面图
1D 导弹的试射
1957 年 12 月 11 日，SA-75 系统通过技术验收，当年计划生产 40 架发射架和 1,200 枚导弹，实际生产了 30 架发射架和 621 枚导弹。而按照 1956-60 年的苏联“五年计划”规定，需要生产足够装备 265 个导弹营的装备外加 7,220 枚导弹。自此苏联国土防空军终于拥有了可以大量部署并具有实际作战能力的防空导弹系统。
生产型 1D 导弹与 SM-90 发射架
S-75 防空导弹的体系结构
S-75 系统主要由制导雷达、导弹和其他辅助装备构成，其中制导雷达采用 RSNA-75 型雷达，该型雷达采用机电扫描跟踪加无线电指令制导模式。工作时，左侧两台矩形天线分别进行左右和上下扫描，根据回波信号强弱分别测定目标的方位角和高低角，当两股波束交点回波信号最强的地方就是敌机所在的位置；右侧的圆形天线负责发射无线电指令引导导弹跟踪目标。由于其独特的跟踪方式，西方给它起了个有趣的绰号——“扇歌”，意思是两台跟踪天线一摇一摆的工作方式酷似日本女人拿着折扇跳舞时的样子。
RSNA-75 低频雷达
S-75 系统的引导方式主要有三点法和前置法两种：其中三点法就是保证制导雷达、导弹和目标始终在一条直线上，直到最后击中目标。这种方法实现起来很简单，对于射手的要求也比较低，但抗干扰能力差，而且随着敌机飞行速度的加快，导弹需要不断调整自身姿态来保持“三点一线”，因此越是接近目标，导弹飞行曲线越是弯曲，为了调整飞行方向需要消耗能量越大、承受的过载也跟着变大；相比之下前置法简单一些：对目标飞行轨迹进行预测，引导导弹在敌机必经的一点上与敌机交会。这样一来导弹飞行曲线比较平滑，消耗能量和承受过载也小一些，对射程的影响也比较小，但这种方式对射手的要求比较高，需要根据显示屏上敌机信号强弱判断敌机的飞行速度和轨迹，然后通过计算预判交会点。一般作战中使用后一种方法的机会多一些。
S-75 防空阵地
从“扇歌”雷达的设计思路和总体结构可以看出苏联防空导弹制导雷达的设计特点：由于电子元器件工艺落后，苏联人很难做到在一部雷达上同时集成搜索、跟踪、制导等多项功能，于是退而求其次，在一个系统里配置多部雷达分别承担上述功能。这样做除了简化设计外还能增强系统冗余度，即使一部雷达遭到损坏也仅仅影响部分功能，其他功能不受影响。但缺点也是显而易见的，系统结构过于庞杂，不但能耗大，日常维护也不方便。譬如每到一地开机前都需要用吊车把天线吊到制导雷达工作车顶上；转移前再用吊车把天线吊下来。一旦出问题，技师需要通宵达旦跑电路图排查故障。实际上在 S-75 系统设计之初，拉斯普列京也考虑过采用比较先进的雷达半主动制导技术，但反复尝试后还是决定采用 S-25 系统上成熟的无线电指令制导技术。与雷达半主动制导技术相比，无线电指令制导技术实现简单、制导精度高，但抗干扰能力差。这点日后被对手利用，成为 S-75 的一处软肋。
