Las primeras dos etapas están construidas por PA Yuzhmash en Dnepropetrovsk, Ucrania, según el diseño de KB Yuzhnoe a partir de una aleación de aluminio (AMg-6 NPP) estándar en la industria aeroespacial soviética. La tercera etapa Blok DM-SLB es una versión del Blok DM-2 usado en el Protón y está fabricada en Moscú por la empresa rusa RKK Energía.

La primera etapa (11S771, Zenit-2SB80-1) tiene unas dimensiones de 32,9 x 3,9 metros, una masa de 353 toneladas al lanzamiento (33,9 toneladas en seco) y emplea un motor RD-171M de cuatro cámaras de combustión. Fabricado por la empresa rusa NPO Energomash, es el motor de combustible líquido más potente jamás construido. Tiene un empuje de 7259-7908 kN y un impulso específico de 309,5-337,2 segundos. Puede reducir su empuje hasta un 74% del nominal y permite el control del vehículo en sus tres ejes gracias al movimiento de sus toberas, sin necesidad de motores vernier.

La segunda etapa (11S772, Zenit-2SB80-2) tiene unas dimensiones de 10,4 x 3,9 metros, una masa de 89,5 toneladas (9,3 toneladas en seco) y hace uso del RD-120 (11D123) (no confundir con el RD-0120 empleado en el Energía). Con sus 350 segundos de impulso específico y 834 kN, es uno de los motores de queroseno/LOX para etapas superiores más eficientes y potentes que existen. Fue desarrollado específicamente para el Zenit por NPO Energomash y puede reducir su empuje hasta el 78% del nominal. La segunda etapa usa un motor vernier RD-8 (11D513) de cuatro cámaras con un empuje de 78 kN fabricado por la empresa ucraniana KB Yuzhnoe. El tanque de queroseno de esta fase tiene una curiosa forma toroidal y rodea al motor para ahorrar espacio.

La tercera etapa Blok DM-SLB (11S681) puede encenderse hasta en tres ocasiones, permitiendo diversas trayectorias para la inserción en órbita geoestacionaria. Tiene unas dimensiones de 4,1 x 5,5 metros y una masa de 2,2 toneladas sin combustible, cargando un total de 15,095 toneladas de propergoles. Emplea un motor 11D58M (RD-58M) de 8,67 toneladas de empuje y 352 s de Isp con una tobera de carbono-carbono que puede girar en dos ejes para ofrecer control de guiñada y cabeceo. El control de giro se efectúa, como en otros muchos motores, gracias a los gases de escape de la turbina. Además, el Blok DM-SLB tiene dos pequeños motores hipergólicos para mantener el giro o garantizar que los propergoles estén el fondo de su tanque antes de cada encendido (ullage engines). El Blok DM-SLB incluye varias mejoras respecto al Blok DM-SL del Zenit-3SL, incluyendo una aviónica más ligera y avanzada, así como un nuevo sistema de antenas. Además del Blok DM-SL, el Zenit-3SLB puede emplear una etapa Fregat (NPO Lávochkin) en la versión Zenit-3M/Zenit-3F.

• T-0: ignición del motor RD-171 de la primera etapa.
• T+3,9 s: despegue.
• T+12 s: inicio de la secuencia de cabeceo.
• T+14 s: giro del cohete para orientarse con el azimut del lanzamiento.
• T+59 s: máxima presión dinámica.
• T+1 min 55 s: máxima aceleración.
• T+1 min 55 s: el RD-171 comienza a funcionar al 74% de potencia.
• T+2 min 24 s: encendido de los vernier RD-8 de la segunda etapa.
• T+2 min 27 s: apagado del RD-171.
• T+2 min 29 s: separación de la primera etapa.
• T+2 min 34 s: encendido del RD-120 de la segunda etapa.
• T+5 min 18 s: separación de la cofia.
• T+7 min 12 s: apagado del motor de la segunda etapa.
• T+8 min 27 s: apagado de los vernier de la segunda etapa.
• T+8 min 28 s: separación de la segunda etapa.
• T+8 min 29 s: separación del adaptador del DM-SLB.
• T+8 min 41 s: primera ignición del DM-SLB.
• T+12 min 39 s: primer apagado del DM-SLB.
• T+1 h 20 min 10 s: segundo encendido del DM-SLB.
• T+1 h 25 min 27 s: segundo apagado.
• T+6 h 22 min 21 s: tercer y último encendido DM-SLB.
• T+6 h 23 min 44 s: apagado del DM-SLB.
• T+6 h 34 min 44 s: separación de la carga útil.