Общая конструкция корабля, главная энергетическая установка и основное оборудование фактически не отличались от АПЛ проекта 627А.
Крылатая ракета (или по терминологии того времени – самолет-снаряд) с максимальной дальностью стрельбы 3500 км размещалась в контейнере диаметром 4,6 м и длиной 25 м, расположенном на палубе непосредственно за ограждением рубки. Стартовая масса ракеты составляла порядка 30 т.
Пуск КР производился из надводного положения. Для этого тележку с ракетой выкатывали из контейнера на лафет, который затем устанавливался со стартовым углом возвышения 16° и закреплялся на контейнере. После старта лафет вновь опускался и тележка убиралась в контейнер, который снова герметизировался, после чего лодка могла погружаться. Расчетное время нахождения в надводном положении для пуска ракеты составляло 6,5 минуты.
Кроме ракетного вооружения, лодка оснащалась четырьмя 533-мм и двумя 400-мм торпедными аппаратами (боекомплект, соответственно, четыре и шесть торпед). Предполагалось, что постройка лодки П-627А, которая рассматривалась как опытная, будет вестись в Северодвинске. Затем планировалось построить еще 18 серийных ПЛАРК проекта 653, являющихся дальнейшим развитием пр. П- 627А и оснащенных двумя крылатыми ракетами П-20. В процессе старта двух КР лодка должна была находиться на поверхности в течение 10 мин. Начать строительство лодок 653-го проекта предполагалось в 1959 году.
В марте 1957 г., не дожидаясь окончания работ по созданию технического проекта, завод № 402 приступил к заказу материалов для нового корабля и начал его постройку.
Однако в 1960 г. руководство ВМФ изменило свое отношение к стратегическим крылатым ракетам, которые были признаны неперспективными из-за совершенствования средств ПВО потенциального противника. Кроме того, попытки разместить на корабле стратегические крылатые ракеты при традиционном подходе к решению конструкторских задач вели к возрастанию массы и габаритов пускового оборудования.
Работы по комплексу П-20 и подводной лодке П-627А были остановлены. К тому времени корпус лодки был уже фактически сформирован и начались монтажные работы. Были прекращены и работы по проекту 653.
Предпринимались попытки модифицировать корабль П-627А, усилив его торпедное вооружение (проект ПТ-627А). Однако в конечном итоге было решено подводную лодку не достраивать, а ее механизмы и оборудование использовать при постройке последней серийной АПЛ проекта 627А – К-50.
Характеристика ПЛАРК проекта П-627А
Длина наибольшая 110,2 м
Ширина наибольшая 9,2 м