Создание сверхзвукового самолета-снаряда c избирательной системой наведения было поручено ОКБ-155 еще в феврале 1955 г., но проектирование авиационно-ракетной системы "Комета-10" началось лишь в ноябре того же года. Главным конструктором нового изделия стал М.И. Гуревич. Самолет-снаряд получил оригинальную компоновку с вынесенным расположением двигателя. В его конструкции впервые были применены монолитные (без присоединяемого силового набора) панели оперения. Они, а также силовые рамы фюзеляжа изготавливались из сплава МЛ-5 литьем в землю. Новинкой также был обтекатель ГСН сотовой конструкции, производство которого было освоено при участии специалистов из ВИАМ. До того этот важный агрегат, влияющий на характеристики ГСН, изготавливался из материалов с нерегулярным расположением волокон, что создавало определенные проблемы для прохождения сигнала. Теперь его характеристики были стабильными, и их можно было учесть при проектировании ГСН.

Система управления создавалась в КБ-1 Минспецмаша под руководством С.Ф. Матвеевского. ОКБ-156 (головное предприятие) выпустило специальную модификацию самолета Ту-16, оснащенную РЛС ЕН, командной аппаратурой и центральным балочном держателем БД-238.

Испытания РЛС ЕН носителя провели на опытном Ту-16К-10, а станции ЕС снаряда - на ЛЛ на базе вертолета Ми-4 и самолетов Ли-2 и МиГ-19СМК. Испытания самолета-снаряда К-10С начались 28.05.1958 г. По их результатам были сделаны доработки: изменена форма ВЗ, увеличен угол отклонения элеронов, доработана гондола двигателя, изменена форма носового кока и хвостового стекателя и перекомпонована носовая часть. Система К-10 была принята на вооружение в августе 1961 г. Выпуск снаряда был начат на заводе  31 в Тбилиси (первые серии и часть агрегатов строились заводом "256), а носителя Ту-16К-10 на заводе 18 в Куйбышеве (всего построено 173 самолета). По сложившимся тогда нормам в частях АВМФ на каждый носитель поддерживался боекомплект из двух самолетов-снарядов. Первый пуск серийных ракет был произведен экипажем авиации Северного флота в июне 1960 г. на полигоне " 77 у порта Шевченко на Каспийском море. Пуски выполнялись по танкеру "Чкалов". Отцепка ракет производилась на высоте 10-10,5 км на удалении от цели 170- 175 км. Из пяти пусков четыре оказались успешными.

Самолет-снаряд К-10 на период 60-х годов обладал высокими характеристиками по скорости, дальности и мощности как с обычной, так и специальной БЧ. Серийные станции ЕН обнаруживали корабль типа крейсер с большой высоты на дальности до 400 км, а помехозащищенность обеспечивалась функционированием станции на нескольких частотах, одна из которых (рабочая) стабилизировалась. К недостаткам можно отнести низкую надежность и сложность в эксплуатации элементов системы наведения, установленных на носителе.

Расчеты показывали, что для уничтожения авианосной ударной группы в случае применения только фугасно-кумулятивных БЧ требуется произвести групповой вылет одного полка самолетов Ту-16К-10. Однако использование ядерных боевых частей позволит уменьшить наряд самолетов.

Двадцать второго августа 1962 года экипажем командира полка Ту-16К-10 ВВС Северного Флота майора В. Крупякова был произведен пуск ракеты К-10СН с ядерной БЧ по морской цели в районе СИПНЗ. За полчаса перед вылетом были обнаружены отклонения в записях КЗА в полете с имитатором, произведенном днем раньше. Систему проверял лично командир 5-й МРАД Недодаев, который имел перерыв в полетах. Хотя экипаж, командование полка и присутствовавшие командующий КСФ В.А. Касатонов и и.о. командующего ВВС КСФ Кузнецов нервничали, было дано "добро" на вылет. В расчетной точке пуск не произошел из-за ошибки штурмана-оператора. Далее при проверке не сработал радиолокационный ответчик. Но СБЧ была уже взведена. В следующей попытке ракета сошла с держателя и взорвалась в заданном районе.

В 1960-1962 гг. ракетный комплекс К-10 поступил на вооружение семи авиационных полков. В 1960 г. было произведено 79 учебных пусков ракет К-10С, в 1961 г. - 126 и в 1962 г. - 147 пусков. Доводка самолета-снаряда К-10 продолжалась и после его запуска в серию. В 1963 г. коллектив его разработчиков был отмечен Ленинской премией.

Ту-16К-10 с ракетой К-10С в выпущенном положении

Корабль-мишень "Чкалов" с пробоиной от ракет

Системой К-10 предполагалось оснастить также модификации самолетов Ту-95 и Ту-22, но этот план реализован не был. В мае 1964 г. начались работы по дооснащению Ту-16К-10 ракетами КСР-5. Новый ракетный комплекс К-36 (Ту-16К10-26) на то время был самым мощным в СССР до появления самолета Ту-22М2 и состоял на вооружении с начала 70-х гг. по 1994 г.

В период с 1958 по 1979 г. был создан ряд модификаций снаряда: К-10СН - серийный вариант со специальной БЧ, К-10СНБ, К-10СП - серийный беспилотный постановщик помех, К-10П - варианты с двигателями МФ-9К и КР5-26 с увеличенной дальностью и скоростью полета (проекты), К-14 - опытный вариант с новой системой наведения для самолета 3МД (М-6К), К-10СД и СДВ - опытные варианты с повышенной дальностью.