W 1967 r. rozpoczęto próby morskie systemu na okręcie doświadczalnym OS-24 (dawnym krążowniku „Woroszyłow”). Przebiegały one również z trudnościami i ostatecznie system Osa-M przyjęto na uzbrojenie 4 października 1971 (według części źródeł, w 1972 lub 1973). Pierwsza wersja pocisku 9M33 umożliwiała zwalczanie celów na odległości do 9 km i lecących na wysokości 100–5000 m.
Rozwój W toku dalszego rozwoju skupiano się przede wszystkim na obniżeniu minimalnego pułapu atakowanych celów. W 1973 przyjęto na uzbrojenie zmodernizowany system Osa-M2, z pociskami 9M33M o pułapie minimalnym obniżonym do 60 m, a w 1975 system Osa-MA z pociskami 9M33M2 o pułapie minimalnym 25 m i ulepszonych innych parametrach, w tym zasięgu 10 km (pociski te używane były też w lądowym kompleksie Osa-AK). W latach 80. przyjęto na uzbrojenie nowszą wersję systemu Osa-MA2, z pociskami 9M33M3, mogącymi razić cele na wysokości od 5 m (pocisk atakował je z góry). Pod koniec lat 80. wprowadzono ostatnią wersję pocisków, 9M33M5.