29 апреля 1976 года министром обороны был назначен Д.Ф. Устинов. Над военным присутствием Челомея в космосе немедленно сгустились тучи много более мрачные, чем в предыдущие годы.

Весьма драматичным, до сих пор вызывающим вопросы и споры, был пилотируемый полёт на орбитальной станции «Алмаз-3», имевшей открытое название «Салют-5». После её запуска 22 июня 1976 года с целью стыковки с ней 6 июля стартовал транспортный корабль «Союз-21» с экипажем в составе командира корабля лётчика-космонавта полковника Б.В. Волынова и бортинженера подполковника-инженера В.М. Жолобова. Эта экспедиция, помимо решения большого количества чисто военных, разведывательных задач, должна была решать задачи прикладного характера, включающие проведение комплекса технологических экспериментов. С помощью ручного инфракрасного спектрометра космонавты изучали загрязнение земной атмосферы выбросами промышленных предприятий.

Одним из наиболее заслуживающих внимания экспериментов являлось исследование возможности перекачки топлива в космосе без использования насосов (эксперимент «Поток»), проведённое по замыслу В.Н. Челомея. Было показано, что под действием силы поверхностного натяжения жидкость, содержащаяся в сфере, могла быть перекачана в другую ёмкость. Экипаж проводил наблюдения солнечной короны и выполнял фотографирование поверхности Земли с целью поиска минеральных ресурсов, оценки селевой опасности в горах, исследования районов проектирования гидротехнических сооружений, а также решения других важных народно-хозяйственных задач. С помощью спектрометров проведены исследования ультрафиолетового излучения Солнца, а также получены данные о содержании в атмосфере отдельных компонентов — озона, водяного пара и других — на различной высоте в верхней атмосфере Земли. Экипаж проводил испытания установленной на станции экспериментальной электромеханической системы стабилизации. Большое внимание было уделено проведению биологических экспериментов.

Но самое значительное время и силы экипаж отдал разведывательной деятельности. После выхода из строя системы проявления плёнки Б.В. Волынов, по просьбе наземных служб, вручную проявлял фотоматериалы. На 42-е сутки полёта станция внезапно была полностью обесточена. Отключились приборы. Прекратила действовать система регенерации воздуха. В полной тьме и в состоянии невесомости командир и бортинженер пытались ликвидировать аварию. В конце концов через полтора часа станцию включили, но Виталий Жолобов был не в состоянии далее выполнять свои обязанности. Космонавты рапортовали, что на станции появился неприятный запах, вызывающий головокружение и они вынуждены обматывать лица мокрыми полотенцами. После консультации с врачами Государственная комиссия решила прервать полёт. Приказ о посадке Борис Волынов принял на 49-е сутки полёта, просил дать ему возможность расконсервировать «Союз», завершить все работы и осуществить посадку в светлое время суток. На всё это требовалось пять суток. «Земля» не согласилась и приказала возвращаться немедленно.

После выполнения подготовительных операций экипажем аппарат «Союз-21» не расстыковался с ОПС. Расстыковка прошла только на следующем витке по команде из ЦУПа.

Рассказывает бывший начальник отдела НПО машиностроения Л.М. Шелепин:

«…Меня срочно вызвали на КП в КИЦе, на котором контролировали полёт “Салюта-5”. Здесь находился В.Н. Челомей, его заместители и другие специалисты. Владимир Николаевич спросил меня, какие нужно принять действия по выходу из сложившейся ситуации. Дело в том, что автоматику управления пассивной частью системы стыковки и внутреннего перехода (ССВП), установленной на “Салют-5”, по исходным данным ЦКБЭМ разрабатывал наш отдел. Вспомнив тонкости автоматики системы, я ответил Генеральному, какие надо выдать команды на борт станции.

У меня не было никаких сомнений, что необходимые действия были спланированы в ЦУПе, где руководителем полёта был М.И. Лифшиц. Однако Челомей предложил, как было принято, проверить на “аналоге” ОПС в КИЦе в Реутове.

Проверка прошла успешно. По указанию Владимира Николаевича я передал последовательность команд в ЦУП. Ещё раз была подтверждена идентичность действий команд “аналога” ОПС и ЦУПа, где эти команды уже были внесены в оперативную программу следующего сеанса связи с ОПС.

Стали ждать. На следующем витке “Союз-21” был благополучно отстыкован. Все облегчённо вздохнули, Генеральный подошёл ко мне, дотронулся до плеча и приглушённым голосом сказал: “Заходите ко мне”».

Для выявления причины этой возникшей нештатной ситуации была образована комиссия под руководством заместителя главного конструктора ЦКБЭМ Б.Е. Чертока.

Вспоминает бывший начальник отдела лётных испытаний НПО машиностроения Л.М. Шелепин:

«При напутствии нас на работу в этой комиссии В.Н. Челомей сказал: “Должна быть информация о причине возникшей ситуации, которую они (ЦКБЭМ) не учли при отстыковке 'Союза-21'“. И действительно, по телеметрической информации о работе автоматики активной части системы ССВП, установленной на “Союзе-21”, было зафиксировано, что в процессе стыковки “Союза-21” не было штатного срабатывания одного концевого выключателя, что привело к блокировке на открытие захватов на стыковочном узле “Союза-21”. Я был поражён потрясающей интуицией Генерального! Конечно, злого умысла не было и, как часто бывает, при качественной стыковке “Союзов” телеметрия тщательно не анализируется».

Посадка спускаемого аппарата с экипажем на борту проходила ночью, в аварийном режиме. 24 августа в 21 час 33 минуты по московскому времени космонавты приземлились в 200 километрах юго-западнее города Кокчетава. После приземления Волынов с большим трудом выбрался через люк. У Жолобова и на это не хватило сил. Его вытащил из кабины Волынов. Продолжительность полёта составила 49 суток 6 часов 23 минуты 32 секунды.

Следующий пилотируемый полёт «Алмаза» должен был состояться в октябре того же 1976 года. Экипаж в составе В. Зудова и В. Рождественского должен был провести исследования атмосферы, а также проверить исправность систем жизнеобеспечения станции. И только после этого можно было приступать к двухмесячной разведывательной работе на борту корабля. На следующие сутки после старта началось сближение станции и корабля. Всё шло согласно графику, техника работала без сбоев. Но когда между объектами оставалось около двух сотен метров, произошло то, что стало большой неожиданностью и для экипажа, и для руководства на Земле: параметры движения корабля относительно станции, заложенные в программе, не совпадали с реальными значениями. Всё это стало причиной ускорения процессов управления, что требовало уже незамедлительного вмешательства. Поскольку измерительная аппаратура работала неправильно, был отдан приказ отменить стыковку и готовиться к возвращению на Землю. А спустя два дня корабль, сойдя с орбиты, совершил приводнение на озеро Тенгиз (к слову сказать, пока единственное за всю историю советской космонавтики). Космонавты на протяжении девяти часов ждали, пока их спасут из спускаемого аппарата, который находился на плаву не в штатном положении среди ледовой шуги.

7 февраля 1977 года к ОПС «Алмаз-3» («Салют-5») пристыковался космический корабль «Союз-24» с командиром корабля лётчиком-космонавтом полковником авиации В.В. Горбаткои бортинженером полковником-инженером Ю.Н. Глазковым. Полёт прошёл успешно, был завершён 25 февраля 1977 года, продолжался 17 суток 17 часов 25 минут 58 секунд. Программа полёта была выполнена полностью.