Zum Start großer militärischer Nutzlasten forderte die US Air Force 1961 eine neue leistungsfähige Trägerrakete. Eine Weiterentwicklung der bis dahin eingesetzten Thor und Atlas Raketen schied aus, ebenso eine komplette Neuentwicklung. Etwa zu dieser Zeit wählte die NASA die Titan-​II ICBM als Grundlage einer Modifikation zum Start der geplanten Gemini Raumkapsel. Die Entwicklung sah vielversprechend aus und so vergab das Pentagon einen eigenen Studienauftrag an Martin Marietta. Zahlreiche technische Lösungen, die gerade für die Titan-​II der NASA entwickelt wurden, fanden gleich Einzug in das Projekt Titan-​III. Komplett neu wurde die Oberstufe entwickelt. Sie basierte zwar auf bewährter Technologie, bot aber einige herausragende Merkmale. Die sogenannte Transtage war mehrfach zündbar, wobei zwischen den Zündungen mehrere Stunden oder sogar Tage liegen konnten. Die Gesamtbrenndauer des kardanisch aufgehängten und um zwei Ebenen schwenkbaren Triebwerks Aerojet AJ-​10 – 138  erreichte den beeindruckenden Wert von 430 s. Abhängig von der mitgeführten Nutzlast konnte die Bahnneigung um bis zu 60° verändert werden. Das alles ergab eine Flexibilität, die noch keine Rakete zuvor dem Pentagon bieten konnte. Der Oberstufendurchmesser von 3,05 m in Verbindung mit der vergleichsweise hohen Nutzlastkapazität ließ auch den Start von großen Aufklärungssatelliten zu, wie sie Mitte der 1960^er Jahre gerade entwickelt wurden. Ebenso den Transport von Satelliten auf geostationäre Bahnen. Trotz der beeindruckenden Daten der Neuentwicklung blieb das Pentagon vorsichtig. Schließlich gab es mit der Titan-​II ICBM noch eine Reihe von Problemen, insbesondere der Pogo-​Effekt machte dem Hersteller noch zu schaffen. Daher erhielt Martin Marietta zunächst nur den Auftrag zum Bau von fünf Entwicklungsträgern Titan-​IIIA. Am 01.09.1964 erlebte die Titan-​IIIA ihren Jungfernflug, der ausgerechnet mit dem Versagen der Transtage endete. Doch der Fehler konnte lokalisiert und rasch behoben werden. Schon drei Monate später stellte die Rakete ihre Leistungsfähigkeit unter Beweis. Zwei weitere Flüge waren so erfolgreich, daß ein fünfter Test abgesetzt werden konnte. Die bereits gefertigte Rakete wurde später zur Titan-​IIIC umgebaut. Denn 1965 gab das Pentagon eine ganze Reihe neuer Versionen der Titan-​III in Auftrag und deren Nachfolger flogen bis zum Jahr 2005 als Schwerlastträger im Auftrag von DoD und Geheimdiensten, aber auch für ausgewählte wissenschaftliche Missionen.