Khi lần đầu tiên ra mắt vào năm 1957, R-7 đã trở thành bước nhảy vọt lớn nhất trong tên lửa của thế giới kể từ khi tên lửa A-4 của Đức được sử dụng.

Đơn vị tên lửa chiến lược đầu tiên được triển khai ngày 9 tháng 2 năm 1959 tại Plesetsk ở tây-bắc Nga. Ngày 15 tháng 12 năm 1959, đơn vị này thử nghiệm tên lửa R-7 lần đầu.

Tuy nhiên thiết kế tên lửa này lại là lỗi thời[cần dẫn nguồn] nếu sử dụng làm vũ khí do chi phí vận hành, kích thước và độ cơ động. Chỉ có sáu điểm phóng được đưa vào hoạt động, bốn ở Plesetsk và hai ở Baikonur, Kazakhstan. Chi phí là rất lớn bởi khó khăn trong xây dựng các điểm phóng tại các vùng xa xôi. Có thời điểm, mỗi điểm phóng tên lửa tiêu tốn đến 5% chi phí quốc phòng của Liên Xô. Tuy vậy, chi phí nặng nề không phải là hi hữu trong một dự án tên lửa thế hệ đầu và Hoa Kỳ cũng gặp vấn đề tương tự.

Với sự xuất hiện của máy bay do thám như U-2 (Lockheed U-2), các tổ hợp phóng tên lửa R-7 to lớn không thể che giấu và có thể bị tấn công nhanh chóng trong bất kỳ cuộc chiến tranh hạt nhân nào. Mặt khác, tên lửa này cần tới 20 giờ chuẩn bị và rất khó duy trì tình trạng sẵn sàng phóng quá một ngày bởi nhiên liệu lỏng phải ở tình trạng đông lạnh. Do đó, các lực lượng tên lửa Xô viết không thể ở tình trạng sẵn sàng liên tục và có nguy cơ bị tiêu diệt ngay trước khi phóng bởi máy bay ném bom. Đồng thời, chúng không có một cơ may nào chống nổi các tên lửa đạn đạo liên lục địa được phát triển sau này vốn cơ động hơn nhiều khi có thể triển khai tác ở nhiều vị trí khác nhau. Sự lỗi thời[cần dẫn nguồn] của R-7 buộc Liên Xô phải phát triển các tên lửa thế hệ thứ hai.

Tại mỗi thời điểm, có khoảng dưới 10 tên lửa R-7 ở trình trạng sẵn sàng, Một bệ phóng được đặt tại Baikonur và từ 6 đến 8 bệ khác ở Plesetsk.

Mặc dù không thành công[cần dẫn nguồn] khi sử dụng làm vũ khí nhưng tiến trình thử nghiệm R-7 đã giải quyết rất nhiều các vấn đề khoa học cơ bản cho những cải tiến tương lai trong lĩnh vực vũ khí và vũ trụ. R-7 là nền tảng để phát triển thành nhiều mẫu tên lửa khác nhau. Cũng như loại tên lửa này rất thành công khi sử dụng vào các chương trình không gian vì thiết kế của nó rất thích hợp cho loại hoạt động này. Nó được sử dụng trong hơn nửa thế kỷ cho các chương trình thám hiểm không gian của Nga sau đó cũng như dùng để đưa các vệ tinh lên quỹ đạo. R-7 cũng là loại tên lửa chính được dùng để phóng và xây dựng Trạm vũ trụ quốc tế cũng như cung cấp nhu yếu phẩm và các trang thiết bị hỗ trợ sự sống cho các phi hành gia trên trạm không gian.

Phiên bản của R-7 là 8K71PS được sử dụng làm tên lửa đẩy trong cả năm lần phóng các vệ tinh Sputnik. Nó cũng chỉ có hai tầng đẩy.