По сравнению с другими лодками 2-го поколения, проектировавшимися под мощный, но довольно крупногабаритный и тяжелый гидроакустический комплекс «Рубин», на проекте 670 было решено остановиться на более компактном ГАК «Керчь».
В 1959 году в ОКБ-52 был разработан эскизный проект ракетного комплекса «Аметист». В отличие от «челомеевских» ПКР первого поколения П-6 и П-35, где использовался ТРД, на ракете с подводным стартом было решено применить твердотопливный ракетный двигатель, что существенно ограничило максимальную дальность стрельбы. Однако другого решения в то время просто не существовало, так как на технологическом уровне конца 50-х годов не представлялось возможным создать систему запуска воздушно-реактивного двигателя в полете, после старта ракеты. Испытания ПКР «Аметист» начались в 1961 году.
Утверждение технического проекта нового атомохода состоялось в июле 1963 г. ПЛАРК 670-го проекта имела двухкорпусную архитектуру с веретенообразными обводами легкого корпуса, имеющего в носовой части эллиптическое сечение, обусловленное размещением ракетного вооружения.
Применение крупногабаритных гидроакустических систем, а также стремление обеспечить им максимально возможные углы обзора в кормовых секторах, вызвали «притупление» носовых обводов. По этим же причинам часть приборов пришлось разместить в верхней части носовой оконечности легкого корпуса. Передние горизонтальные рули (впервые в практике отечественного подводного кораблестроения) были сдвинуты к средней части лодки.
В дальнейшем, уже в ходе модернизации ПЛАРК 670-го проекта, перед ограждением выдвижных устройств рубки установили гидродинамический стабилизатор – плоскость с отрицательным углом атаки, компенсирующую излишнюю плавучесть несколько «раздутого» носа.
Прочный корпус корабля был выполнен из стали АК-29. В носовой оконечности на протяжении 21 м он имел своеобразную форму «тройной восьмерки», образованной цилиндрами относительно малого диаметра, что было обусловлено необходимостью размещения в легком корпусе ракетных контейнеров. Корпус делился на семь водонепроницаемых отсеков:
1-й (составленных из трех цилиндров) – торпедный, жилой и аккумуляторный;
2-й – жилой;
3-й – центральный пост и аккумуляторный;
4-й – электромеханический;
5-й – реакторный;
6-й – турбинный;
7-й – электромеханический.
Носовая концевая переборка, а также шесть межотсечных переборок были выполнены плоскими, они должны были выдерживать давление до 15 кгс/см>2 .
Легкий корпус, балластные цистерны и прочная рубка изготавливались из маломагнитной стали и АМГ, а надстройка и ограждение выдвижных устройств рубки – из алюминиевого сплава. В обтекателях гидроакустических антенн, а также в проницаемых частях кормовой оконечности и в кормовом оперении использовались титановые сплавы. Применение столь разнородных материалов, в ряде случаев образующих гальванические пары, потребовало принятия специальных мер по защите от коррозии (цинковые протекторы, прокладки и т.п.).