S-125M W wersji S-125M system używał pocisków W-601P (5W27). Główną różnicą był nowy silnik marszowy, zapalnik radiolokacyjny 5Je18 i głowica bojowa 5B18 o masie 72 kg. Głowica tworzyła 4500 odłamków o masie 4,72-4,79 kg. Wizualnie rakiety te różniły się dodaniem dwóch małych trapezowych destabilizatorów za skrzydłami, na przejściu między stopniami, których zadaniem było zmniejszenie odległości, na jaką leciał stopień marszowy po rozdzieleniu się. Pocisk mógł zwalczać cele lecące z prędkością 1500-2000 km/h na odległości do 17 km i wysokości od 200 do 14 000 m. Wolniejsze samoloty, lecące z prędkościami okołodźwiękowymi, można było zwalczać nawet na odległości do 22 km, natomiast w odległości do 10 km można było zwalczać też cele lecące niżej (100-200 m). Samolikwidator działał po 49 sekundach. Pociski te produkowano następnie w ulepszonych wersjach 5W27G, GP, GPS i GPU.
Wraz z systemem S-125M wprowadzono czteroprowadnicową przewoźną wyrzutnię 5P73 (SM-106), z której można było wystrzeliwać też rakiety wcześniejszego typu. Do transportu pocisków używane były nowe samochody transportowo-załadowcze PR-14M/MA na podwoziu ciężarówki ZiŁ-131, przewożące dwie rakiety.