Die Atlas D wurde 1960 zu einem Space Launcher qualifiziert und anfangs überwiegend mit einer Agena-Oberstufe von Lockheed aufgerüstet. Die erste Version, die Atlas (LV-3) -Agena A war nur kurzzeitig zum Start militärischer Nutzlasten vom Typ Midas und Samos im Einsatz.
Mit einer verbesserten und wiederzündbaren Agena B (doppelte Treibstoffmenge) wurden dann bis 1962 mit der Atlas (LV-3) -Agena B eine Reihe von USAF - Satelliten und die NASA-Raumsonden Ranger, Mariner gestartet.

1963 war die Atlas D um 3,94 m verlängert (+30,4 t Treibstoff) und das leistungsfähigere Triebwerk MA-3 eingebaut worden. Die zweite Stufe Agena D wurde gegenüber der Agena B technisch verbessert. Diese Atlas (SLV-3) -Agena D wurde bis 1967 mit hoher Startfrequenz von der USAF eingesetzt. Die NASA startete einige Satelliten ATS, OGO und die Raumsonden Mariner, Lunar Orbiter. 1965/66 wurde die SLV-3-Agena nochmals im Rahmen des bemannten Gemini-Programms der NASA für GATV verwendet.
Für die von 1968 bis 1978 elf Mal ausschließlich für militärische Zwecke eingesetzte Atlas (SLV-3A) -Agena D wurde das leistungsstärkere Triebwerk MA-5 eingebaut. Danach wurde die Version aufgrund der begrenzten Leistung der Agena D ausgemustert und nur noch auf die bereits zeitlich parallel entwickelte und eingesetzte Atlas-Centaur gesetzt.
Eine als Atlas-H (auch SLV-3B) bezeichnete Variante der SLV3C/Centaur, aber mit einer aufgesetzten Agena D, wurde zum Start von OAO 1 am 08.04.1966 und SEASAT am 27.06.1978 eingesetzt.