1965年8月，一院副院长屠守锷主持进行了洲际导弹方案论证。火箭发动机的推进剂选用了偏二甲肼（UDMH, Dimethylhydrazine）作为燃料，四氧化二氮(N2O4, NitrogenTetroxide）作为氧化剂。发动机的基础是北京万源的YF-20B。导弹第一级发动机称之为YF-21B，又名DaFY6-2发动机，由4台独立工作的YF-20B发动机通过机架并联组成，航向控制采用泵前摇摆方案（单机沿弹体切向摇摆，摆角±10度）；第二级采用一台主发动机YF-22B和4台游动发动机YF-23B组成，YF-22B和YF-23B又称DaFY20-1和DaFY21-1发动机。从技术源头而言，YF-22B/DaFY20-1就是YF20B发动机的高空版。为了提高精度，导弹还采用了单组元无水肼弹头姿控发动机。制导系统选用平台-计算机方案，采用三轴稳定平台，静压气浮陀螺，先进弹载计算机（中国首台集成电路空间计算机）。液体推进剂的贮箱采用高强度铝铜合金（LD-10），减重30%，可以有效提高射程。其他的研发重点还包括碳/石英端头防热材料，高硅氧布斜缠热压成型工艺制造等。 1966年5月，东风5开始总体方案的设计。到1969年6月14日，第一级发动机YF-21B试制成功。导弹的技术设计完成于1970年6月。此后导弹投入小批量生产并开始测试，总共生产01批次5五6枚。 1971年3月，第一枚东风5遥测弹各种试验和总装工作完成。根据《世界航天发展史》一书：同年9月10日，中国第一枚洲际导弹在酒泉发射场进行飞行试验，获得基本成功。上午11时，DF-5首发遥测弹发射，进行低弹道方案考核试验。导弹第一级情况正常，顺利分离。但由于计算机软件设计问题，未能适应低弹道，207秒时Ⅱ级发动机提前30秒关机，姿态控制系统出现短时间的振荡，导弹落点偏远565千米。未能模拟全程弹头再入过程，防热结构和引爆系统也没有得到考验。

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