Стрельбы на заводских и комплексных испытаниях проводились по самолетам-мишеням Ту-16М, МиГ-15М, МиГ-19М крылатыми ракетами-мишенями КРМ и по специально разработанным для системы имитаторам цели КИЦ. КИЦы имитировали радиальную скорость цели, без чего РПЦ не мог эти цели сопровождать. Они либо сбрасывались на парашюте с самолета, либо запускались специальной ракетой на большую высоту, после чего опускались на парашюте, имитируя цели на высотах, недоступных самолетам-мишеням.
Решением ВПК для проведения совместных испытаний была назначена комиссия. Председатель комиссии — первый заместитель главнокомандующего войсками ПВО страны, генерал-полковник Г. В. Зимин; заместитель председателя — командующий ЗРВ ПВО страны генерал-лейтенант М. В. Уваров, заместитель председателя Госкомитета по авиационной технике Ф. П. Герасимов. Техническими руководителями испытаний были назначены генеральный конструктор системы А. А. Расплетин и генеральный конструктор ракеты П. Д. Грушин.
Совместные испытания начались в феврале 1964 года. Шли они очень тяжело. Непрерывно проводилась доработка головки самонаведения. Было много трудновыявляемых дефектов.
Всего за время совместных испытаний было проведено 122 пуска, из которых только 68 пусков были выполнены действительно по программе совместных испытаний. 36 пусков были проведены по программам главных конструкторов, 18 пусков — для расширения боевых возможностей системы. Последние пуски были проведены с новой ГСН 5Г23, которая хорошо себя показала.
За время совместных испытаний было сбито боевыми ракетами 38 мишеней Ту-16М, МиГ-15М, МиГ-19М и КРМ. Пять самолетов-мишеней было сбито прямыми попаданиями телеметрических ракет, в том числе самолет — постановщик непрерывных шумовых помех МиГ-19М с аппаратурой «Лайнер».
В октябре 1966 года испытания завершились четырьмя зачетными пусками ракет с новыми ГСН. Комиссия, подписав акт, рекомендовала принять систему С-200 на вооружение с временными средствами целеуказания.
22 февраля 1967 года система была принята на вооружение. Она обеспечивала поражение воздушных целей, летящих со скоростью до 3500 километров в час на высотах от 1000 до 35000 метров, бомбардировщиков на дальности до 150 километров, истребителей — до 80 километров, крылатых ракет — до 50 километров.
Во время испытаний двухсотой системы при участии П. С. Плешакова в НИИ-108 выполнялась научно-исследовательская работа «Сирень», в рамках которой создавались новые средства радиопомех — ответные уводящие по скорости и дальности помехи. Самолет, оборудованный макетом этих средств, был перебазирован на полигон, где с его помощью были проведены облеты РПЦ и ГСН. Облеты показали, что радиотехнические средства системы не справляются с радио-помехами «Сирень», которые и не задавались ТТТ на систему.