Ракеты К-80 (Р-4) предназначены для поражения маневрирующих целей в широком диапазоне условий применения. Скорость сближения с целью в зависимости от ракурса изменялась от 200 до 1600 км/ч. В качестве силовой установки использовался ракетный двигатель на твёрдом топливе. Осколочно-фугасная боевая часть имела радиовзрыватель и предохранительно-исполнительный механизм. Ракета Р-4Р с полуактивной радиолокационной ГСН предназначена для атаки из передней полусферы, Р-4Т с тепловой ГСН — для атаки из задней полусферы, а также в условиях радиотехнических помех. Для подвески под крылом самолёта было разработано пусковое устройство АПУ-128. На Ту-128 ракеты Р-4Т подвешивались на внутренние пилоны, Р-4Р — на внешние.

В апреле 1968 года было подписано совместное решение МАП, МРП и ВВС о модернизации комплекса. В 1970–1974 годах состоялись испытания модернизированного перехватчика Ту-128М. 28 июня 1979 года на вооружение ПВО был принят новый комплекс перехвата Ту-128С-4М в составе самолёта Ту-128М и ракет Р-4ТМ и Р-4РМ. Модернизированные ракеты могли поражать маловысотные цели на фоне земли.