随着射程的增大，安装在弹头锥体表面的振子天线，对弹头气动特性的影响越来越大，加上对天线附近局部气动热环境参数也不十分清楚，给振子天线的防热设计增加了困难。因此，在设计东风三号弹头时，决定将天线移人弹头壳体内部，即开槽天线。由于玻璃增强塑料在再入烧蚀过程中出现不能透过电磁波的碳化层，必须在裙部壳体上开天线窗口。为此，经研究，设计人员提出用镶嵌石英玻璃的办法，来解决电磁波穿透和防热问题。
关于硬回收与弹射回收问题。由于东风三号再入环境恶劣，再入时无线电信号中断严重，无线电遥测设备БРС-6甲无法解决再入测量问题。为此，集中精力研究磁记录设备和相应的磁带回收技术。同时，为适应弹头技术的发展，修改了弹射回收装置，增加了测量的参数，但弹射回收不能测量弹射后的参数。为此，改进了硬回收设备的设计。
第四是遥测系统。为了实现小型化，并降低功耗，新研制的调节器和中间装置全部采用晶体管和微膜组件。研制和改进了包括干簧式液位传感器在内的许多新型传感器。为提高其测量精度，对液位传感器在推进剂储箱内模拟真实条件下的校准，进行了长时间的研究、探索，获取了宝贵的数据。在设计FZ-3型振动信号调节器中，较早采用了有源滤波器技术，提高了仪器的性能指标。
东风三号的中间装置，主要采用体积小，性能高的载波放大器，较好地解决了遥测系统与控制、安全系统不共地、高输入阻抗等问题。还首次应用相敏检波测量交流电压信号，用T/V变换提高关机指令的测量精度，用晶振与被测信号的差拍来测量500赫频率的微小变化，有效地解决了“PTC-6甲”设备采样速率低和频率不稳定所引起的矛盾。
第五是外测系统。这是导弹飞行试验不可缺少的测量手段之一。它用于跟踪测量导弹在实际飞行过程中的速度、位置和其他参数，实时提供飞行轨道情况，并和遥测系统一起，为飞行试验结果分析提供可靠的依据。中国第一个光学外弹道测量设备是由中国科学院长春光学精密机械研究所研制的，命名为“150”工程。在所长王大珩教授率领下，经过3年多的艰苦努力，于1965年将这套设备装在20基地。经过调试、鉴定，认为各项性能指标均满足原设计要求。“150”工程研制成功，首先用于东风三号的飞行试验，取得了有价值的测量数据，也为以后几个型号的飞行试验提供使用。
东风三号从1965年3月批准总体方案开始，到1965年底基本完成了各分系统的试制，并陆续开始各项地面综合试验。1966年9-10月，全弹短程与全程热试车成功，各分系统工作正常，达到预定的目的。先后进行了储箱推进剂的晃动试验，全弹振动特性试验，姿态稳定系统的模拟试验，弹体结构组合件及仪器的静力、动力和其他环境试验，各种组合件及材料的耐推进剂的腐蚀试验，模样弹的总装，发动机大推力试验，四机并联试车和装弹前的验收试验，全弹地面全程试车，各分系统的综合试验，全弹电气匹配试验，导弹与地面设备对接合练以及靶场全武器系统合练。在全弹合练之后，进入首次飞行试验的准备阶段。
