Для уменьшения разброса центровки по времени полета камера сгорания РДТТ размещена ближе к середине ракеты и сопловой блок включает удлиненный газоход, вокруг которого расположены элементы рулевого привода и тубогенератор, работающие на горячем газе. Ракета не имела отделяющихся в полете частей. Длина ракеты составляла 5,5 м, диаметр — 400 мм, размах рулей — 860 мм.
Двигательная установка 9Д151 разработана коллективом казанского КБ 'Союз' (главный конструктор — Зубец). Общее время работы двухрежимного твердотопливного двигателя-около 15 с. Цилиндрическая часть силовой конструкции камеры двигателя изготовлена из стали методом ротационного выдавливания, днища и газоход выполнены из титанового сплава, сопло — из композиционных материалов. На внутреннюю поверхность камеры сгорания нанесено резиноподобное теплозащитное покрытие.
Меньший диаметр передней части ракеты (330 мм) по отношению к двигателю и хвостовому отсеку определяется преемственностью ряда элементов с семейством ракет 3М9. В комплексе было реализовано самонаведение ЗУР по методу пропорциональной навигации.
Как отмечается в юбилейном издании 'Московский НИИ 'Агат', выпущенном в 2001 г. под редакцией Акопяна (стр.26), для ракеты разработана ГСН 9Э50, оснащенная моноимпульсной параболической антенной с двухосным стабилизированным подвесе типа пространственного параллелограмма, приемниками головного и опорного (хвостового) сигналов, устройствами обнаружения и дешифрирования сигналов радиокоррекции, принимаемых вместе с опорным сигналом одной из антенн на корпусе ракеты. Аппаратура ГСН выполнена на полупроводниковых схемах средней степени интеграции, с бортовым спецвычислителем, решающим кинематические уравнения. Спецвычислитель в совокупности с гиростабилизированной антенной и установленной на ней датчиками линейных ускорений представляет собой упрощенный аналог инерциальной системы, корректируемой по радиоканалу. Принятая в ГСН 9Э50 более ранняя (в сравнении с 1СБ4) селекция сигнала улучшила работу по низколетящим целям. Новый автомат захвата повысил помехозащищенность. Введен специальный режим работы в условиях помех. По результатам ряда неудачных пусков в ходе испытаний в ГСН введена схема защиты от сбоев при старте.
Государственные испытания ракеты были завершены в 1979 г., а в 1980 г. она была принята на вооружение.
ЗУР 9М38 могла обеспечить поражение целей на высотах от 25 м до 18–20 км на дальностях — от 3,5 до 25–32 км. Ракета развивала скорость полета 1000 м/с и могла маневрировать с перегрузками до 19ед. Масса ракеты составляла 685 кг, в том числе боевой части — 70 кг.
Конструкция ракеты 9М38 обеспечивала поставку ее в войска в транспортном контейнере 9Я266 в окончательно снаряженном виде, а также эксплуатацию без проведения проверок и регламентных работ в течение 10 лет.
В период с августа 1975 г. по октябрь 1976 г. ЗРК 'Бук-1' в составе самоходной установки разведки и наведения 1С91МЗ, самоходной огневой установки 9А38, самоходных пусковых установок 2П25МЗ, ЗУР 3М9М3 и 9М38, а также машины технического обслуживания (МТО) 9В881 проходил государственные испытания на Эмбенском полигоне (начальник полигона Б.И. Ващенко) под руководством комиссии, которую возглавлял П.С. Бимбаш.
В результате испытаний была получена дальность обнаружения самолетов на высотах более 3000 м РЛС самоходной огневой установки в автономном режиме работы от 65 до 77 км, которая на малых высотах (30-100 м) уменьшалась до 32–41 км. Вертолеты на малых высотах обнаруживались на удалении 21–35 км. В централизованном режиме работы из-за ограниченных возможностей выдающей целеуказания самоходной установки разведки и наведения 1С91М2 дальности обнаружения самолетов уменьшалась до 44 км для целей на высотах от 3 до 7 км и до 21–28 км на малых высотах.
Работное время самоходной огневой установки в автономном режиме (от обнаружения цели до пуска ЗУР) составило 24–27 с. Время заряжения и разряжения тремя ЗУР составило около 9 мин.
При стрельбе ЗУР 9М38 поражение самолетов, летящих на высотах более 3 км, обеспечивалось на дальности от 3,4 до 20,5 км, а на высоте 30 м — от 5 до 15,4 км. Зона поражения по высоте составила от 30 м до 14 км, по курсовому параметру — 18 км. Вероятность поражения самолета одной ЗУР 9М38 составила 0,70-0,93.
Комплекс был принят на вооружение в 1978 г. При этом было сочтено, что самоходная огневая установка 9А38 и ЗУР 9М38 являются средствами, лишь дополняющими состав ЗРК 'Куб-М3'. В результате комплекс получил название 'Куб-М4' (2К12М4) взамен ранее предусматривавшегося 'Бук-1'. Производство самоходной огневой установки 9А38 было поручено Ульяновскому механическому заводу МРП, а ЗУР 9М38, после завершения ее испытаний — Долгопрудненскому машиностроительному заводу МАП, выпускавшему ранее ракеты 3М9. Комплексы 'Куб-М4' поступили на вооружение танковых дивизий Сухопутных войск, значительно повысив эффективность их ПВО. При использовании ракет 9М38 взамен 3М9 верхняя граница зоны поражения повышалась с 7-12 до 14 км.
Совместные испытания комплекса 'Бук' в полном заданном составе средств проводились с ноября 1977 г. по март 1979 г. на Эмбенском полигоне (начальник полигона В.В. Зубарев) под руководством комиссии во главе с Ю.Н. Первовым.
Размещенный на шасси ГМ-579 командный пункт 9С470 обеспечивал прием, отображение и обработку информации о целях, поступившей от станции обнаружения и целеуказания 9С18 и шести самоходных огневых установок 9А310, а также с вышестоящих КП, выбор опасных целей и распределение их между самоходными огневыми установками в ручном и автоматическом режимах, задание их секторов ответственности, отображение информации о наличии ЗУР, о литерах передатчиков подсвета самоходных огневых установок, о их работе по целям, о режимах работы станции обнаружения и целеуказания, организацию работы комплекса в условиях помех и применения противником противорадиолокационных ракет, документирование работы и тренировку расчета КП. Командный пункт обрабатывал сообщения о 46 целях на высотах до 20 км в зоне радиусом 100 км за цикл обзора станции обнаружения и целеуказания и выдавал на самоходные огневые установки до 6 целеуказаний с точностью 1° по азимуту и по углу места, 400–700 м — по дальности. Масса КП с боевым расчетом из 6 человек не превышала 28 т.
Трехкоординатная когерентно-импульсная станция обнаружения и целеуказания 9С18 ('Купол') сантиметрового диапазона с электронным сканированием луча в заданном секторе по углу места (30° или 40°) и механическим (круговым или в заданном секторе) вращением антенны по азимуту с помощью электропривода или гидропривода была предназначена для обнаружения и опознавания воздушных целей на дальностях до 110–120 км (45 км при высоте полета 30 м) и передачи информации о воздушной обстановке на КП 9С470.
Темп обзора пространства в зависимости от установленного сектора по углу места и наличия помех составлял от 4,5 до 18 с при круговом обзоре и от 2,5 до 4,5 с при обзоре в секторе 30°. Радиолокационная информация передавалась по телекодовой линии на КП 9С470 в объеме 75 отметок за период обзора (4,5 с). Среднеквадратические ошибки (СКО) измерения координат целей составляли: не более 20' — по азимуту и по углу места, не более 130 м — по дальности, разрешающая способность по дальности не хуже 300 м, по азимуту и по углу места — 4°.
Для защиты от прицельных помех использовалась перестройка несущей частоты от импульса к импульсу, от ответных — то же и бланкирование интервалов дальности по каналу автосъема, от несинхронных импульсных — смена наклона линейно-частотной модуляции и бланкирование участков дальности. При шумовых заградительных помехах самоприкрытия и внешнего прикрытия заданных уровней станция обнаружения и целеуказания обеспечивала обнаружение самолета-истребителя на дальности не менее 50 км. Станция обеспечивала проводку целей с вероятностью не ниже 0,5 на фоне местных предметов и в пассивных помехах при помощи схемы селекции движущихся целей с автокомпенсацией скорости ветра. Защита станции от противорадиолокационных ракет достигалась путем программной перестройки несущей частоты за 1,3 с, перехода на круговую поляризацию зондирующих сигналов или в режим прерывистого излучения (мерцания).
В состав станции входили антенный пост, состоящий из отражателя усеченного параболического профиля, облучателя в виде волноводной линейки, обеспечивающей электронное сканирование луча в угломестной плоскости, поворотного устройства, устройства сложения антенны в походное положение: передающее устройство (со средней мощностью до 3,5 кВт); приемное устройство (с коэффициентом шума не более 8) и другие системы.
Вся аппаратура станции располагалась на доработанном самоходном шасси 'объект 124' семейства
