27 октября 1960 года Советом Министров было принято Постановление №1157-487 о разработке зенитных ракетных комплексов «Оса» и «Оса-М», соответственно для ПВО Сухопутных войск и ВМФ. Разработка ракет велась по единым тактико-техническим требованиям и существенных различий в их конструкции не было. Разработчиками являлись: головной по комплексу в целом и конкретно по станциям обнаружения и головке самонаведения - НИИ-20 ГКРЭ, гл. конструктор В.П.Ефремов; по ракете – КБ 82, главный конструктор Потапов; по корабельной рулевой установке - ЦКБ-34; по двигательной установке - ОКБ-81 ГКАТ; по боевой части — НИИ-24; по радиовзрывателю - НИИ-571.
Работы по «Осе-М» шли долго и сложно, прорываясь сквозь технические сложности и административные бури. Для комплекса «Оса-М» в ЦКБ-34 была разработана корабельная пусковая установка СМ-126. Но Приказом ГКОТ от 20.11.1963 года работы по ПУ с ЦКБ-34 были сняты и переданы ЦКБ-7 (ныне ПО «Арсенал»), которое начало проектировать новую пусковую ЗИФ-122. В августе 1964 года КБ-82 было освобождено от работ по ракете, а головным исполнителем было назначено ОКБ-2 ГКАТ (главный конструктор Грушин). При этом вес ракеты увеличился с 65 кг до 115 кг, диаметр (калибр) со 180 до 210 мм, длина с 2650 мм до 3-х метров и т.д. Первоначальный проект предусматривал самонаведение ракеты, затем же перешли к проекту с командными методами наведения. В целом же «Оса-М» полностью унифицирована с войсковым комплексом «Оса» по ракете 9М33 и на 70% по системам управления.
В 1967 году начались испытания комплекса «Оса-М» на опытном судне ОС-24 пр.33 (бывший КР «Ворошилов»). В процессе испытаний был выявлен ряд неудачных конструктивных решений, потребовавших дополнительных исследований и доработок аппаратуры. После доработки комплекс испытывался на кораблях пр. 1124 и 1134. Испытания были завершены в 1971 году. В 1973 году ЗРК «Оса-М» был принят на вооружение ВМФ. ЗРК был установлен на кораблях пр.1135, 1134Б, 1135.1, 1143, 1144, 1234 и других. В ходе модернизации крейсеров пр.68бис комплекс «Оса-М» был установлен на КР «Жданов» (пр.68-У1) и «Сенявин» (пр.68-У2).
Отличительной особенностью комплекса «Оса-М» является то, что он самостоятельно может решать задачу обнаружения целей, для чего в состав СУ, кроме средств сопровождения целей, визирования ракет и подачи команд на ракеты включена радиолокационная станция, обеспечивающая обнаружение целей, летящих на высоте 3.5 - 4 км на дальности до 25 – 30 км и на больших высотах на дальности до 50 км. Координаты обнаруженной и опознанной цели поступают на станцию сопровождения, где используются для наведения антенного поста по пеленгу и допоиску цели по углу места. Благодаря совмещению режимов обнаружения и захвата цели на сопровождение в одной системе время реакции комплекса сокращается на 6 - 8 секунд. Возможен также прием целеуказания от корабельной системы обнаружения и целеуказания. Система управления состоит из станций обнаружения целей, сопровождения цели и визирования ракет, передачи команд, пульта для трех операторов, а также приборов сопряжения и управления приводами. Наведение ракет на цель осуществляется радиокомандным методом. Радиолокационные системы комплекса работают в сантиметровом диапазоне и содержат устройства помехозащиты.
Ракета 9М33 одноступенчатая с двухрежимным твердотопливным двигателем. Стартовый заряд телескопический, а маршевый заряд одноканальный. Ракета скомпонована по аэродинамической схеме «утка», т.е. имеет рули в носовой части. Четыре крыла конструктивно объединены в крыльевой блок, который установлен подвижно относительно корпуса и в полете свободно вращается.
Пусковая установка комплекса «Оса-М» ЗИФ-122 разработана ЦКБ-7 под руководством В.А.Хромцова. В походном положении подъемная часть с пусковыми балками и вращающейся частью находится под палубой в специальном погребе, в котором размещен боекомплект. Направляющая балка в опущенном состоянии располагается вертикально. Ракеты размещаются на четырех барабанах, на каждом барабане может быть установлено по пять ракет. При переходе в боевое положение подъемная часть ПУ поднимается вместе с двумя ракетами. После пуска первой ракеты происходит поворот барабана, обеспечивающий выход на линию заряжания очередной ракеты. После пуска второй ракеты пусковые балки автоматически становятся вертикально, поворачиваются к ближайшей паре барабанов, и подъемная часть ПУ опускается за очередными двумя ракетами. Время перезаряжания ПУ находится в пределах 16-21 секунд. Скорострельность - 2 выстрела в минуту по воздушным целям и 2.8 выстрела в минуту по надводным, время переноса огня на другую цель 12 секунд. Вес ПУ без боекомплекта 6850 кг.
После схода с пусковой установки и автоматического (неуправляемого радиокомандами) полета ракета «захватывается» станцией визирования ракет и выводится на цель. Наведение ракеты с требуемой точностью осуществляется СУ с использованием командного метода управления полетом по одному из реализованных в системе методов: «трехточка» или «половинное спрямление» по воздушным целям, «трехточка в режиме НЛЦ» по низколетящим целям и метод «φ» по надводным целям. При приближении ракеты к цели подается команда для взведения радиовзрывателя и снятия последней ступени предохранителя. По этой команде радиовзрыватель начинает излучать радиомагнитные импульсы. При определенном уровне отраженных от цели сигналов происходит подрыв боевой части. По тактико-техническим требованиям предельный радиус срабатывания взрывателя 15 м. В случае пролета ракеты мимо цели на ракету подается команда на отключение радиовзрывателя. Ракета выводится к уровню воды и самоликвидируется подрывом боевой части от часового механизма или разрушается при ударе о воду.
В 1975 году была начата модернизация комплекса, который получил наименование «Оса-МА». Минимальная высота поражения цели в модернизированном комплексе уменьшилась с 60 до 25 м. Корабельные испытания «Осы-МА» проводились на малом противолодочном корабле пр. 1124 (тактический номер МПК-147) на Черном море. В 1979 году комплекс «Оса-МА» был принят на вооружение.
В первой половине 80-х годов была проведена вторая модернизация комплекса с целью повышения эффективности стрельбы по низколетящим ПКР. Модернизированный комплекс «Оса-МА-2» мог поражать цели, летящие над гребнем волн на высоте от 5 метров.