Несмотря на достаточно низкие характеристики системы вооружения С-2-У в 1957 г. ее было решена установить на один из опытных самолетов СМ-12, который по максимальной скорости вплотную подошел к рубежу в 2000 км/ч. Расчеты конструкторов, по-видимому, строились на том, что высокие скоростные характеристики позволят перехватчику быстро выходить на рубеж атаки и стремительно сблизившись с обнаруженной целью, с высокой вероятностью поразить ее.
С этой целью на самолете смонтировали подвижный двухпозиционный радиопрозрачный конус, под которым разместили антенну новой РЛС ЦЦ-30, кроме нее установили и более совершенный оптический прицел ПКУ При этом пушечное вооружение полностью демонтировали, а вместо него под консолями появились две ракеты РС-2-У.
Высокая скорость СМ-12 потребовала эффективных «тормозов», для того, что бы в процессе погони и прицеливания не проскакивать мимо атакуемой цели. Необходимо помнить, что при скорости 1920-1930 км/ч перехватчик покрывал за минуту свыше 30 км! Поэтому для СМ-12ПМ был изготовлен титановый хвостовой кок с раскрывающимися створками.
В ходе заводских (1958 г.) и государственных (1959 г.) испытаний, самолет показал максимальную скорость 1720 км/ч и достиг практического потолка 17.400 м. Время подъема на высоту 10.000 м составило 4 минуты, а дальность полета без ПТБ – 1700 км. Тогда же эту машину оснастили двумя нестандартными подвесными баками емкостью по 520 л.
Несколько позже вышел на испытания СМ-12ПМУ с комбинированной силовой установкой, состоявшей из двух маршевых двигателей РЗМ-26 с тягой на форсаже по 3800 кг и одного ускорителя У-19Д с ЖРД РУ-013 с тягой 4000 кг. Ракетный ускоритель, размещался под фюзеляжем самолета по аналогии с изделиями СМ-50, СМ-51П и СМ-52П. Кроме ЖРД в контейнере размещались баки с самовоспламеняющимся топливом и окислителем.
Ракетное вооружение осталось практически прежним (две ракеты РС-2-У), но несколько изменились форма и место расположения пусковых устройств. Кроме того, на самолете смонтировали опытный образец аппаратуры наведения «Лазурь», обеспечивавшей прием и отображение на индикаторах пилотажно-навигационных приборов в кабине летчика команд управления, передаваемых с наземных пунктов наведения. На этом же самолете отрабатывался ответчик на дециметровых волнах СОД-57М и новый радиовысотомер РВ-У, предназначенный для определения истинной высоты полета надземной поверхностью до 800 м.
Опытный истребитель-перехватчик СМ-12ПМУ являлся частью комплекса перехвата воздушных целей СМ-12-51. Комплекс предназначался перехвата и поражения бомбардировщиков противника в простых и сложных метеорологических условиях. Он состоял из собственно самолета, СУВ с УР К-5М и наземной станции наведения «Воздух-1». На испытаниях машина достигла той же скорости, что и СМ-12ПМ – 1720 км/ч (М=1,69), а динамический потолок соответствовал СМ-50 (24.000 м).