А тем временем испытатели боевой ракеты столкнулись с новыми трудностями. Так как боевой блок поднимался на высоту нескольких сотен километров, то ко времени обратного входа в плотные слои атмосферы он разгонялся до огромных скоростей. Боевой блок круглой формы, разработанный ранее, быстро сгорал. Кроме того, стало ясно, что нужно увеличить максимальную дальность полета ракеты, улучшить ее эксплуатационные характеристики.
12 июля 1958 года было утверждено задание на разработку более совершенной ракеты — Р-7А. Одновременно велась доводка «семерки». В январе 1960 года ее приняли на вооружение только что созданного вида Вооруженных Сил — Ракетных войск стратегического назначения.
Двухступенчатая ракета Р-7 выполнена по «пакетной» схеме. Ее первая ступень представляла собой четыре боковых блока, каждый длиной 19 м и наибольшим диаметром 3 м, расположенные симметрично вокруг центрального блока (вторая ступень ракеты) и соединенные с ним верхним и нижним поясами силовых связей. Конструкция всех блоков одинакова: хвостовой отсек, силовое кольцо, отсек торовых баков для хранения перекиси водорода, используемой в качестве рабочего тела ТНА, бака горючего, бака окислителя и переднего отсека.
На первой ступени, в каждом блоке, устанавливались ЖРД РД-107 конструкции ГДЛ-ОКБ с насосной подачей компонентов топлива. Он имел шесть камер сгорания. Две из них использовались как рулевые. ЖРД развивал тягу у земли 78 т и обеспечивал работу на номинальном режиме в течение 140 секунд.
На второй ступени устанавливался ЖРД РД-108, аналогичный по конструкции с РД-107, но отличавшийся в основном большим числом рулевых камер — 4. Он развивал тягу у земли до 71 т и мог работать на режиме главной ступени 320 секунд.
Топливо для всех двигателей использовалось двухкомпонентное: окислитель- жидкий кислород, горючее — керосин. Зажигание топлива при запуске осуществлялось от пиротехнических устройств. Чтобы достичь заданной дальности полета, конструкторы установили автоматическую систему регулирования режимов работы двигателей и систему одновременного опорожнения баков (СОБ), что позволило сократить гарантированный запас топлива. Ранее такие системы на ракетах не применялись.
«Семерка» оснащалась комбинированной системой управления. Ее автономная подсистема обеспечивала угловую стабилизацию и стабилизацию центра масс на активном участке траектории. Радиотехническая подсистема осуществляла коррекцию бокового движения центра масс и выдачу команды на выключение двигателей, что повышало точностные характеристики ракеты. КВО составило 2,5 км при стрельбе на дальность 8500 км.