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 mehrfach zündbare Oberstufe entwickelt, die Transtage. Doch von der Titan-​IIIA, wie das erste Modell der Titan-​III Baureihe hieß, wurden nur wenige Exemplare im Rahmen des Erprobungsprogramms gestartet. Denn die USAF wollte aus der Titan-​IIIA einen Schwerlastträger machen. So entstand die Titan-​IIIC mit zwei zusätzlichen gewaltigen Feststoffboostern als Startstufe. Allerdings bestand weiterhin Bedarf für eine Rakete mit einer Kapazität zwischen Atlas-​Agena und Titan-​IIIC. Daher kam man auf den Titan-​IIIA Entwurf zurück, ersetzte aber die teure Transtage Endstufe durch die Standardoberstufe des Militärs, die Agena-​D. Diese hatte zwar einen deutlich geringeren Durchmesser als die Erst– und Zweitstufe der Titan. Doch war ihr Triebwerk leistungsfähiger und ebenso mehrfach zündbar. Die Gesamt-​Brenndauer war allerdings geringer. Dennoch bot die Titan-​IIIB aus Sicht der Missionsplaner einen guten Kompromiß. Statt auf einen Autopiloten setzte man zur Steuerung der Rakete auf ein Bell Telephone Labs (BTL) Funkleitsystem. Dank des umfassenden Einsatzes bewährter Komponenten erreichte die Rakete eine hohe Zuverlässigkeit und bildete die Basis für eine Reihe von Modifikationen. Ab 1969 flog eine als Titan-​23 B bezeichnete Variante. Der Unterschied zur ursprünglichen Titan-​IIIB ist nicht ganz klar, scheinbar setzte das neue Modell aber bereits die neueren LR-​87-​AJ11  bzw. LR-​91-​AJ11  Triebwerke ein. Dank einer „Schürze“ an der Düse des LR-​87-​AJ11  erhöhte sich das Entspannungsverhältnis auf nunmehr 12:1. Weitere Varianten waren die Titan-​24 B (verlängerte Erststufe) sowie Titan-​33 B und Titan-​34 B (10′ Nutzlastverkleidung). Die meisten Details der Titan-​IIIB/Agena-​D Raketenfamilie liegen auch weiterhin im Dunkeln, da alle transportierten Nutzlasten auch heute noch strenger Geheimhaltung unterliegen.