Bereits kurz nach dem Erstflug der M-​3 S im Jahre 1980 begann die Weiterentwicklung zur M-​3SII. Nahezu unverändert übernommen wurde die Erststufe M-​13TVC, deren Schubvektorsteuerung durch die Einspritzung von NaSO₄  durch kleine Bohrungen in der Brennkammer erfolgte. Neu waren dagegen die Zweitstufe, die ebenfalls über eine Schubvektorsteuerung verfügte, das Lagekontrollsystem mit Side-​Jets, die auch zur Spinerzeugung genutzt wurden, die wesentlich schubstärkere Drittstufe und schließlich die Feststoffbooster. Statt der acht kleinen Booster beim Vorgängermodell kamen nun nur noch zwei deutlich stärkere Starttriebwerke zum Einsatz, die zudem über schwenkbare Düsen zur Rollkontrolle verfügten (MNTVC = Movable Nozzle Thrust Vector Control). Die Booster wurden in einem Segment gefertigt und verfügten über ein konventionelles Motorgehäuse aus hochfestem Stahl. Diesem Schema folgten auch die ersten beiden Raketenstufen. Lediglich die dritte Stufe hatte aus Gründen der Gewichtsersparnis ein Gehäuse aus Titan erhalten. Die Erststufe mußte aus vier Segmenten gefertigt werden, da die vorhandene Technologie eine andere Lösung nicht zuließ. Diese Neuerungen in Verbindung mit einer im Durchmesser erweiterten Nutzlastverkleidung ließen den Start auch größerer Nutzlasten zu. Für besondere Missionen konnte die Mu-​3SII noch um eine Kickstufe vom Typ KM-​M erweitert werden. Diese Version wurde zum Start interplanetarer Raumsonden eingesetzt und auch für den Start von Erdsatelliten, wobei die Nutzlastkapazität auf beachtliche 770 kg für erdnahe Umlaufbahnen stieg.