Впоследствии по распоряжению В.Н. Челомея были приняты меры по обеспечению безопасности третьей ступени после выхода на орбиту: на ней были установлены специальные клапаны для слива остатков топлива.
26 июня 1974 года был произведён запуск второго «Алмаза» — орбитальной научной станции «Салют-3» с целью отработки новых средств космической разведки, продолжения медико-биологических исследований, получения данных для решения народно-хозяйственных задач и проверки работоспособности новых элементов конструкции и оборудования на борту станции. Вслед за станцией «Салют-3» 3 июля стартовал пилотируемый космический корабль «Союз-14» с экипажем — командиром корабля лётчиком-космонавтом полковником П.Р. Поповичем и бортинженером подполковником Ю.П. Артюхиным. Они успешно провели стыковку и перешли на борт станции. Стало очевидным, что теперь страна имеет орбитальную космическую станцию более совершенной конструкции. В ней рациональнее были использованы внутренние помещения, усовершенствованы ряд систем и аппаратура для выполнения запланированных научно-технических исследований и экспериментов.
Характерными особенностями станции «Алмаз» по сравнению с ДОС являлись более точная система ориентации и использование солнечных батарей, панели которых, поворачиваясь относительно её корпуса, могли устанавливаться на оптимальный угол к солнечным лучам. Благодаря этому обеспечивалось получение большей электроэнергии без нарушения заданной ориентации станции в пространстве. Небольшую часть бытового помещения занимал комплексный тренажёр, состоявший из самодвижущейся беговой дорожки и специальных тренировочных костюмов с эластичными шнурами, создававшими нагрузку на отдельные группы мышц. Для изучения распределения аэрозольных частиц в земной атмосфере использовался спектрограф; продолжались эксперименты по выращиванию культур бактерий и опробование установки для регенерации воды из атмосферы станции. Космонавты провели также тщательную отработку всех новых технических систем, которые найдут применение на будущих орбитальных станциях и космических кораблях. Выключив ряд бортовых систем и оставив станцию для продолжения полёта в автоматическом режиме, 19 июля после завершения программы полёта экипаж вернулся на Землю.
Станция «Салют-3» продолжала автономный полёт. К запуску и стыковке со станцией готовился следующий корабль с космонавтами Г.В. Сарафановым и Л.С. Дёминым.
Прошло немногим более месяца после того, как покинул станцию её первый экипаж, и 26 августа 1974 года, около 23 часов по московскому времени (на космодроме — ночь), стартовал корабль «Союз-15».
На этот экипаж возлагались большие надежды. Предыдущий полёт, пробный, показал, что на станции «Алмаз» вполне можно работать и месяц, и два — для этого созданы все условия.
После выхода корабля на орбиту началось его сближение со станцией, однако система сближения и стыковки дала сбой. Попытки ручной стыковки результатов не дали, хотя корабль неоднократно сближался со станцией. На корабле остался запас топлива лишь на тормозной импульс для возвращения на Землю.
28 августа, через двое суток полёта, спускаемый аппарат корабля «Союз-15» с Г.В. Сарафановым и Л.С. Дёминым приземлился около Целинограда. Садились ночью, но поисковики быстро обнаружили и эвакуировали экипаж.
30 августа в Звёздном городке на заседании Госкомиссии было принято решение «лечить» систему сближения и стыковки.
23 сентября 1974 года по команде с Земли с «Алмаза» № 2 была сброшена спускаемая капсула, подготовленная П.Р. Поповичем и Ю.П. Артюхиным. Возвращение капсулы прошло по программе, она сразу была найдена и доставлена в Москву. Эта капсула стала первой в мире космической посылкой, подготовленной космонавтами. Кроме того, перед спуском с орбиты впервые была проведена пробная стрельба из пушки системы «Щит-1». Полученные материалы были высоко оценены офицерами и руководством Генерального штаба Вооружённых сил СССР.
Полёт станции в автоматическом режиме с выполнением дополнительной программы исследований в интересах народного хозяйства продолжался до 25 января 1975 года. 24 января 1975 года, по истечении семи месяцев управляемого полёта, после торможения станция «Алмаз» № 2 вошла в плотные слои атмосферы и затонула в малообитаемом районе Тихого океана.
