Корабль «7К-Л1» ударными темпами становился реальностью. 13 ноября 1965 г. приказом министра был утвержден график изготовления пилотируемых кораблей «7К-Л1», разгонных блоков и ракет «УР-500К» — всего 15 комплектов. Королеву и Челомею было предписано за две недели (до 25 ноября) завершить проработку вариантов облета Луны по новой схеме. 13 декабря эти два выдающихся конструктора утвердили «Основные положения по ракетно-космическому комплексу УР-500К-7К-Л1», а в канун нового 1966 г. наметили план отработки этого комплекса на орбите искусственного спутника Земли. Несмотря на конкуренцию проектов, баллистикам ОКБ-1 и ОКБ-52 удалось найти оптимальный вариант сочетания «королевского» разгонного блока «Д» с «челомеевской» ракетой-носителем, позволивший увеличить массу корабля на несколько сотен килограммов. В принятом варианте третья ступень «Протона» не выходила на орбиту, а падала в Тихий океан, а окончательный доразгон до первой космической скорости выполнял блок «Д» при первом включении. Для перехода на траекторию полета к Луне предусматривалось второе включение этого блока.
Первый экземпляр «7К-Л1» использовался для наземных испытаний в составе макетно-технологического комплекса. Второй, упрощенной конструкции, 10 марта 1967 г. был запущен в сторону Луны. Все ступени «УР-500К» отработали на «отлично» — это был ее пятый пуск и четвертый удачный. Также без замечаний отработал блок «Д», включившись, как и положено, два раза. ТАСС объявило о запуске искусственного спутника Земли «Космос-146».
Третий экземпляр «7К-Л1» стартовал 8 апреля 1967 г. Все шло нормально, но уже на следующий день сотрудникам ЦКБЭМ* пришлось пережить горечь поражения — корабль к Луне не ушел. Причина случившегося оказалась до обидного простой. На борту находился автомат, подававший команду на отстрел блока «Д» после второго выключения его двигателя. Но по недосмотру третий «7К-Л1» ушел в космос с выключенным автоматом, и блок «Д» был отстрелен уже после первого сеанса работы. В результате у Земли появился искусственный спутник «Космос-154».
28 сентября была предпринята попытка отправить в космос корабль «7К-Л1» № 4. Намечалась работа по штатной программе полета к Луне с фотографированием Земли и ее спутника, но без участия экипажа. Попытка также не увенчалась успехом — подвела первая ступень ракеты «УР-500К». Зато впервые штатно отработали система аварийного спасения и система посадки, то есть в предназначенных для этих систем условиях аварийного пуска ракеты-носителя они обеспечили спасение спускаемого аппарата. Он приземлился среди зловещего желто-коричневого облака из паров азотного тетраксида и гептила — это было все, что осталось от «Протона». И хотя сам СА стоял на холме и не был подвержен воздействию ядовитых паров, подойти к нему не было никакой возможности. Этот случай выявил огромные трудности с обеспечением безопасности космонавтов, если бы они стартовали в космос на «Протоне». При более глубоком изучении проблема оказалась столь серьезной, что в качестве выхода из нее был предложен раздельный старт лунного корабля без экипажа на этой ракете, а космонавтов — на «семерке». На орбите предполагалась стыковка и переход людей в корабль «7К-Л1».