与此同时，肼类燃料，特别是偏二甲肼毒性的研究也有了进展。经试验证明偏二甲肼虽有毒性，但完全可以预防。这样推进剂最终定为红烟硝酸和偏二甲肼。1964年6月，正式开展东风三号发动机的研制工作。
第二，突破高精度惯性器件难关。为了保证东风三号具有高的命中精度，对惯性器件的精度提出了较高的要求。为此，研制高精度惯性器件，就成了预研的重点课题。1961年，惯性器件设计部门即着手开展研制高精度的陀螺积分仪。它与电解积分仪相比，不仅结构紧凑、牢固、精度高、可靠性好，而且可以有效地缩短发射前的准备时间。
在陀螺积分仪的研制中，对视速度补偿机构、双向脉冲装定机构和陀螺马达等都做了很大的改进，从而提高了陀螺积分仪的精度，有效地减少了由振动引起的误差。经过几年的攻关、试验和不断的改进，到1964年，已研制出了基本满足中程导弹制导要求的陀螺积分仪模型样机。中程导弹的横向控制是控制导弹横向速度的。经过反复研究后，决定在垂直陀螺仪的外环上装上一个横向加速度表，即通称为“背表”方案。这样横向加速度表输出的横向加速度信号，可直接用于横向制导而不必再经过坐标转换，从而使制导系统变得简单，提高了可靠性。但由于垂直陀螺仪外环上增加了负载，就加大了干扰力矩，加大了漂移，降低了陀螺仪的精度。为了解决这种负效应，科技人员在陀螺仪设计中，采用YM-16高速马达来提高角动量，降低漂移率，提高陀螺仪的精度。
第三，解决大直径箱底拼焊工艺。东风三号弹体直径定为2.25米。国产铝板的宽度，不能满足推进剂箱用材的需要。为此，第一设计部于1963年初开展了对大直径推进剂箱底的外形和拼焊形式的研究。这一课题，不仅是一个理论性问题，而且带有更大的实践性，设计方案能否实现在某种程度上取决于工艺方法。211厂和第一设计部共同研究，确定箱底制造工艺由整体压延改为预制瓜瓣拼底焊接。为实现箱底拼焊，还设计制造了一套大型拼焊夹具。1964年底，对试验件进行了液压强度试验。结果表明，设计方案是可行的，能用1.5米宽的板材制造出2.25米直径的箱底。
第四，解决推进剂晃动问题。在结构强度与环境条件研究方面，随着东风三号弹体直径的加大和推进剂储箱结构形式的改变，推进剂在储箱内的晃动问题突出起来了。为此，必须在储箱内设置专门的防晃板来抑制推进剂的晃动。1962年，第五研究所进行了液体晃动的研究。从理论分析、试验技术到晃动台的设计与专用测量设备的研制，都取得了可以实际应用的成果。在化铣密肋加筋结构的计算方法上，也为设计部门提供了简便的计算方法与实用的数据、曲线。
在此期间，根据“1059”仿制和东风二号设计的经验与教训，研究设计单位还提出了一系列适应中国情况的设计方法与规范，如风场、弹上振动环境条件和结构设计安全系统的确定，生产技术条件的制订等。这些均为开展中程导弹研制，做了理论上、技术上和应用上的准备。两年多的预研，取得了重大的实质性的成果，为正式审定东风三号设计方案、全面开展型号研制奠定了技术上和物质上的基础，而且也为各级领导机关提供了可靠的决策资料和信息资料。
1964年1月25日，国防工办同意将东风三号的研制任务列入国家计划。5月，一分院召开了近900人的东风三号动员大会，传达了国防部五院党委关于中程导弹设计工作的有关指示，部署了全盘工作，为全面开展东风三号研制制定了明确的时间表。
