Развитие ПВО потребовало создания средств защиты дальних бомбардировщиков. В 70-х гг. в МКБ Радуга началось проектирование ракеты, предназначенной для уничтожения ЗРК большой дальности типа Патриот и т.п. Вероятно, в основу был положен опыт создания УР Х-2000. Компоновка ракеты с несущим корпусом в виде тела вращения была выбрана подобной американской УР AGM-69 SRAM. Она получила инерциальную навигационную систему. Бортовое оборудование носителя фиксировало работу РЛС противника, определяло ее координаты и производило их ввод в систему управления пуском СУРО-1. Характеристики оборудования и высокая скорость ракеты (соответствует числу М=5) позволяет оперативно реагировать на возникшую угрозу.

Для обеспечения достаточной прочности в условиях значительного аэродинамического нагрева отсеки ракеты были выполнены из титановых сплавов ОТ4-1 и ВТ-5, а их окантовки - из пропрочной стали ВЖ-100. Корпус имеет внутреннюю теплоизоляцию и облицован защитным материалом ТЗМКТ. Цельноповоротное оперение также изготовлялось из титана, а подвергавшиеся наибольшему нагреву носки - из вольфрамо-молибденового сплава ВМ-1. Теплозащита рулей наносилась методом вакуумного автоклавного формования, а на отсеки корпуса - методом пропитки под давлением в жестких формах.

Нанесение защитных покрытий требовало последующей термообработки уже частично собранного изделия. Но детали из пластика и металла имели различный коэффициент температурного расширения, и металлические комплектующие пришлось изготавливать не по конструкторским чертежам, а по технологическим, с упреждением размеров на величину деформации.

Особый этап в истории ракеты Х-15 связан с освоением технологии изготовления композитного носового обтекателя. Первоначально его предполагалось изготовлять трехслойным на связующем К-9-70. Но этот процесс был очень сложен, так как для каждого слоя использовался свой тип ткани и отдельный режим термообработки. В ходе экспериментальной отработки конструкции обтекателя остановились на более простом варианте с облицовкой тканью АТОМ-2 с теплоизоляцией ТКЧ-6. Для снижения радиолокационной заметности планер ракеты имел специальное металлизированное покрытие.

Для внедрения всех этих технологических новшеств в НПО LРадуга¦ было создано уникальное оборудование, например крупногабаритная высокотемпературная печь ПАП, обеспечившая термообработку больших готовых узлов с перепадом температур по зонам в пределах ¦50С°.

Твердотопливный (впервые в СССР на ракете такого класса) двигатель имеет две ступени в одном корпусе - разгонную и поддержания скорости, благодаря чему сочетаются высокие характеристики скорости и дальности полета. Оптимальные и стабильные характеристики горения шашки РДТТ обеспечены фигурным вырезом в ее теле, заполненном для длительного хранения пузырем, надутым инертным газом. Ракета оснащена малогабаритной специальной БЧ.

Испытания УР Х-15 прошли с борта самолета Ту-22М в конце 70-х гг. В 80-х она была запущена в производство под индексом Х-15 (изд. 115) на ПО LРадуга¦ (с 12 мая 1982 г. серийный завод выделился в самостоятельное предприятие и вновь стал называться ДМЗ). УР Х-15 начала поставляться в войска прежде всего для вооружения самолетов Ту-160 (они могли нести 24 Х-15 на 4-х револьверных ПУ МКУ-6-1 в 2-х отсеках). В середине 80-х гг. ракетами этого типа стали перевооружать и Ту-22М3. Самолеты этого типа оснащались одной МКУ-6-1 в отсеке и четырьмя внешними балочными держателями ПУ-01. УР Х-15 официально принята на вооружение ДА ВВС СССР в 1988 г. и поступила в 184-й Гвардейский ТБАП и 1230-й (ныне ў 121-й Гвардейский) ТБАП на самолетах Ту-160, а также в три полка 37-й ВА ВГК на самолетах Ту-22М3.

Разрабатывался также усовершенствованный вариант ракеты Х-15П с ПРГС, но в 1991 г. по политическим причинам работа было остановлена. Генеральный конструктор ракеты И.С. Селезнев.

В 1993 г. была впервые показана противокорабельная ракета Х-15С (Х-15А), оснащенная помехоустойчивой активной РГСН, работающей на конечном этапе траектории и инерциальной навигационной системой. Она имеет проникающую БЧ массой 150 кг и предназначена для поражения кораблей различных классов ў от катера до эсминца УРО. Эта ракета предлагалась на экспорт под индексом Х-15СЭ, в качестве носителя могли быть использованы Ту-22М3, Су-24МК, Ту-142МЭ и другие самолеты. Сведений о поставках ракет Х-15С и СЭ пока нет.