2-я ступень: приборный отсек, бак окислителя, межбаковый отсек, бак горючего и хвостовой отсек, ферменный переходной отсек. При разделении ступеней ферменный отсек остается на 1-й ступени (аналогичная конструкция впервые была использована на РН «Космос-2»). Приборный отсек предназначен для размещения системы управления ракетой, приборы которой заключены в три герметичных контейнера, рамы для крепления КА (космической головной части). К отсеку стыкуется головной обтекатель РН. Бак окислителя 2-й ступени по конструкции аналогичен баку окислителя 1-й ступени. Внутри бака также находятся баллоны с гелием для наддува обоих баков. Бак горючего выполнен в виде цилиндрического тора, во внутреннем объеме которого располагается маршевый двигатель 2-й ступени. Межбаковый отсек выполнен в виде нижней юбки бака окислителя. В хвостовом отсеке располагается рулевой двигатель ступени. Двигательная установка 2-й ступени состоит из двух ЖРД – рулевого и маршевого РД-120. Камеры ЖРД максимально разнесены по диаметру ступени и установлены шарнирно на цапфах. Для управления полетом ступени они могут отклоняться с помощью гидроприводов на углы до 31°. Запуск ЖРД – бесступенчатый, плавный, с первоначальной раскруткой ТНА от бортовой пневмосистемы. В полете тяга двигателя стабилизируется на заданном системой управления РН уровне. После выключения маршевого двигателя ступени рулевой двигатель может выполнять точное «довыведение» КА и обеспечивать при этом синхронизацию опорожнения баков за счет изменения соотношения компонентов в своих камерах. Выключается ЖРД в две ступени – сначала прекращается работа газогенератора, а затем камер с одновременным дренажем горючего из трактов их охлаждения. 

Вторая ступень: компоненты топлива, окислитель – жидкий кислород, горючее – РГ-1, стартовая масса – 89,8 т, сухая масса – 7,7 т, длина – 10,4 м, наибольший поперечный размер – 3,9 м, диаметр топливных баков 3,9 м, двигатель – РД-120, тяга в вакууме – 830 кН, удельный импульс в вакууме – 3450 Нс/кг, рулевой двигатель – РД-513, тяга в вакууме – 80 кН, удельный импульс в вакууме – 3420 Нс/кг, продолжительность работы маршевого ЖРД – до 350 с, продолжительность работы рулевого ЖРД – до 1100 с.