Полномасштабная разработка опытной АПЛ 627-го проекта, получившей шифр «Кит», была весной 1953 г. передана ленинградскому СКВ-143 (позже известному как ПКБ «Малахит»).
В мае 1954 г. завершились работы над техническим проектом АПЛ, а в июле к участию в программе наконец были привлечены военно-морские специалисты. Их заключение по проекту новой лодки было далеко не благоприятным: была отмечена проблематичность использования корабля по своему основному назначению — нанесению ядерных ударов по прибрежным объектам на территории потенциального противника. Кроме того, указывалось на недостаточную скорость полного хода, слабое торпедное вооружение, высокую шумность, низкие ресурс и ремонтопригодность, другие недостатки. Это привело к внесению в проект ряда радикальных изменений: АПЛ лишилась «суперторпеды» Т-15, получив взамен усиленное обычное торпедное вооружение. В результате потребовалась почти полная переделка носовой части корпуса до второго отсека включительно. Повышалась максимальная подводная скорость корабля. В то же время сохранились основные «корабельные» элементы первоначального проекта. Подводная лодка была переориентирована на борьбу с боевыми кораблями и транспортами противника. Компоновка помещений лодки (впервые в отечественном подводном кораблестроении) отрабатывалась на специальных деревянных натурных макетах, выполнявшихся для всех отсеков АПЛ.
К разработке рабочих чертежей АПЛ «627 Кит» приступили в марте 1954 г., еще до окончательного утверждения технического проекта, а в июне 1954 г. на заводе № 402 в г. Молотовске (ныне Северное машиностроительное предприятие в г. Северодвинске) в обстановке чрезвычайной секретности, в специально отгороженном участке эллинга начались работы по постройке первого отечественного подводного атомохода.
Прочный корпус изготавливался из стали АК-25 и разделялся на девять водонепроницаемых отсеков: 1-й — носовой торпедный, 2-й — аккумуляторный и жилой, 3-й — отсек центрального поста, 4-й — отсек вспомогательного оборудования, 5-й — реакторный отсек, 6-й — турбинный отсек, 7-й — электромеханический отсек, 8-й и 9-й — жилые отсеки и отсеки корабельных систем. Корабль был оснащен атомной энергетической установкой с номинальной мощностью 35 000 л. с., включающей два водо-водяных реактора ВМ-А по 70 мВт (размещенных последовательно друг за другом в диаметральной плоскости корабля в средней части корпуса) с парогенераторами (побортно от них) и два турбозубчатых агрегата 60-Д суммарной мощностью 35 000 л. с. Для АПЛ были разработаны специальные малошумные винты регулируемого шага (ВРШ). Реакторный отсек оснастили железоводной биологической защитой, обеспечивающей радиационную безопасность экипажа. Имелось два дизельгенератора постоянного тока ДГ-400 (с дизелями М-820). Вспомогательные гребные электродвигатели обеспечивали движение со скоростью до 8 узлов. Для повышения акустической скрытности лодки основное оборудование амортизировалось, применялись вибродемп-фирующие покрытия, легкий корпус корабля также (впервые в мире на АПЛ) получил противогидролокационное покрытие. Однако, несмотря на принятые меры, по уровню шумов первый советский атомоход значительно превосходил своих американских аналогов. Лодка оснащалась гидроакустическим вооружением, основу которого составляла гидроакустическая станция (ГАС) МГ-200 «Арктика-М», работающая в режиме шумо- и эхопеленгова-ния. Антенна станции располагалась в передней части ограждения рубки. Кроме того, имелись ГАС обнаружения гидроакустических сигналов и звукоподводной связи «Свет», шумопеленгаторная станция «Марс-16КП» и гидролокационная станция обнаружения подводных препятствий «Луч». Радиолокационное вооружение включало РЛС обнаружения надводных целей и управления торпедной стрельбой «Призма» и станцию радиолокационной разведки «Накат». Средства радиосвязи были аналогичны использованным на ДЭПЛ проектов 611 и 613. Состав штурманского вооружения был дополнен навигационной системой «Плутон», обеспечивающей кораблевождение и использование оружия при плавании в пределах 80° северной и южной широт. Торпедное вооружение полностью размещалось в носовой части лодки. Оно включало восемь 533-мм ТА с общим боекомплектом 20 торпед СЭТ-65 или 53-65К. Впервые в советском подводном флоте обеспечивалась возможность торпедной стрельбы на глубинах до 100 м. Выработка данных для торпедной стрельбы обеспечивалась автоматом «Торий».
Подлодки серии 627 Кит
K-3 Ленинский комсомолец 1958/1991
K-14 1959/1992
K-5 1960/1992
K-8 1960/1970
K-115 1960/1992
K-21 1961/1992
K-11 1961/1992
K-181 1962/1992
K-42 Ростовский комсомолец 1963/1992
K-50 1963/1992
K-52 1963/1992
K-27 1963/1968