Пуск опытного «лодочного» реактора, смонтированного в подмосковном Обнинске, состоялся 8 марта 1956 г. Однако «первый блин вышел комом» – из-за конструкционного недостатка крышки реактора сразу же возникла протечка радиоактивной воды. В дальнейшем конструкция крышки была изменена. Не сразу сформировались и требования к ядерной безопасности корабельных энергетических установок. Так, в начале 50-х годов высказывалось предложение, что перегрузку радиоактивного горючего можно будет проводить прямо в открытом море (разумеется, принятие подобных предложений привело бы к облучению каждого, принимающего участие в подобной операции).
Опытная атомная подводная лодка 627-го проекта предназначалась, в первую очередь, для всесторонних испытаний в морских условиях первого образца ядерной энергетической установки с водоводяным реактором. Однако она рассматривалась и как головной образец новой стратегической системы оружия, предназначенной для борьбы с основным «потенциальным противником» – США. Атомоход должен был наносить ядерные удары по военно-морским базам и другим стратегическим целям, расположенным на побережье противника. Для этого его предполагалось вооружить сверхмощной парогазовой торпедой Т-15 (калибр 1550 мм, длина 24 м, дальность хода 40-50 км), оснащенной ядерной боевой частью (габаритами последней и определялись столь чудовищные размеры торпеды). Работы групп проектантов велись в обстановке повышенной секретности, с привлечением крайне узкого круга участников. При этом к ним на первом этапе реализации программы практически не привлекались специалисты ВМФ, что негативно сказалось на формировании облика подводной лодки.
В марте 1953 г. группа В.Н.Перегудова завершила работу над предъэскизным проектом АПЛ. Первый советский атомоход должен был иметь двухкорпусную архитектуру с необычайно большим (более 13) удлинением и поперечным сечением, близким к круговому. Двухвальная силовая установка должна была обеспечить достижение максимальной подводной скорости не менее 25 узл. В формировании архитектуры корабля принимали участие гидродинамики ЦАГИ (К.К.Федаевский), а также ЦНИИ-45 (В.И.Першин). Лодка (впервые в нашей стране) получила «китообразную» форму носовой оконечности, оптимизированную для подводного плавания, но значительно снижающую характеристики корабля в надводном положении. Выбор формы носовой оконечности вызвал серьезную дискуссию среди создателей АПЛ (часть конструкторов настаивала на сохранении традиционной «корабельной» формы). Однако победила точка зрения В.Н.Перегудова, считавшего, что атомоход должен быть приспособлен, в первую очередь, для подводного плавания. В дальнейшем овальная форма носа была реализована на американских АПЛ типа «Скипджек» (головной корабль вступил в строй в 1959 году), а также на всех последующих атомоходах, спроектированных и построенных в США. Однако в СССР она окончательно утвердилась лишь на атомных подводных лодках 2- го поколения.