Комбинированная силовая установка СМ-12ПМУ  состояла 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 над земной 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».

Переоборудование третьего самолета - СМ-12ПМУ №66210103 - закончено в июле, а четвертого - СМ-12ПМУ №66210104 - в августе 1958 года. Самолеты также были оборудованы ускорителями многоразового действия - самолет №103 с ЖРД конструкции Севрука, а самолет №104 с ЖРД конструкции Душкина. До середины сентября самолеты проходили заводские испытания на летной станции завода №155.

В сентябре-октябре самолеты прошли заводские летно-огневые испытания на полигоне ГК НИИ ВВС. За этот период выполнено: на самолете СМ-12ПМУ №103 - 7 полетов, в том числе 4 полета с пусками ракет К-5МС; на самолете СМ-12ПМУ №104 - 6 полетов, в том числе 3 полета с пусками ракет К-5МС. Кроме того, в сентябре на заводе №21 был построен пятый самолет комплекса перехвата СМ-12-51 - СМ-12ПМУ №66210105.

20 декабря 1958 г. комплекс перехвата СМ-12-51 был предъявлен на совместные государственные испытания. В 1959 г. проходили совместные госиспытания по перехвату имитированных и реальных целей, отрабатывались система наведения и РЛС ЦД-30, в том числе на вертикальном маневре. В процессе испытаний пуски производились как с выносных (штатных), так и с универсальных балок, установленных на месте ПТБ. На самолетах производились также пуски ракет, как с автоматическим отключением форсажа двигателей при сходе снаряда, так и без него. Целью испытаний было определение влияния схода двух ракет К-5МС при залповой стрельбе на работу двигателей РЗМ-26, испытание системы вооружения К-51 в режиме закрепленного луча станции ЦД-30 и определение влияния схода ракет на динамику полета самолета. Воздухозаборник в процессе испытаний был оборудован тонкой острой кромкой.

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).

Неэффективность перехвата высотных целей из-за кратковременного пребывания истребителя на больших высотах, малая эффективность ракет РС-2-У и отсутствие пушечного вооружения, точных систем наведения и предпочтение руководства страны отдаваемое зенитно-ракетным комплексам С-25 и С-75, а так же в связи с принятием на вооружение комплекса перехвата Т-3-51 ОКБ П.О. Сухого привело к закрытию работ по теме.