Первоначально надежность лодок проекта 627 и 627А было относительно низкой. Причина этого крылась, в первую очередь, в низком ресурсе парогенераторов главной энергетической установки. Уже через несколько сот часов работы в трубных пучках парогенераторов возникали микроскопические трещины, сквозь которые вода из первого контура попадала во второй контур, повышая в нем уровень радиоактивности,'Недостаточная надежность ГЭУ не позволила использовать атомоходы проекта 627А во время Карибского кризиса осенью 1962 года, хотя в составе Северного флота имелось к тому времени уже шесть АПЛ проектов 627 и 627А.
АПА проекта 627 (К-3 после модернизации)
Однако постепенно, по мере «доводки» техники и освоения ее личным составом, надежность атомоходов первого поколения повышалась. Уже в 1961 г. четыре АПЛ пр.627 и 627А под командованием Л.М.Жильцова, В.П.Рыкова, В.И.Зверева и В.Л.Березовского выполнили арктический поход, при этом К-52 (В.П.Рыков) прошла под ледяным панцирем 516 миль, а К-3 (Л.М.Жильцов) достигла 82-й широты.
Продолжительное подледное плавание совершила лодка пр.627А К- 21 (В.Н.Чернавин), прошедшая в 1962 году подо льдом 1700 миль. При этом попутно отрабатывалась тактика подледного плавания, методика ориентирования в подледном пространстве, а также всплытия в полыньях.
Все это позволило постепенно приступить к привлечению лодок 627- го проекта к несению т.н. боевой службы – слежению за морскими носителями ядерного оружия потенциального противника и поддержанию постоянной готовности к нанесению по ним, в случае получения соответствующего приказа, упреждающего удара. Несение боевой службы как особый вид деятельности кораблей ВМФ начало практиковаться с 1961 года. На первом этапе для этого использовались дизель-электрические подводные лодки и надводные корабли. В 1965 году первый выход для слежения за американскими ракетоносцами и авианосцами выполнили советские АПЛ.
Впервые удачный поиск и относительно длительное слежение за «фактическим противником» – ударным авианосцем «Саратога» – осуществила в Атлантике в 1965 году К-181 (капитан 1 ранга Б.С.Борисов). Советская АПЛ в течение четырех суток сидела «на хвосте» у американского корабля.
Увеличение интенсивности боевой службы и задействование атомных подводных лодок быстро принесло свои плоды: если в 1964 году дизель- электрическими подводными лодками в ходе БС было достигнуто 16 обнаружений подводных целей, то в 1965 г., когда «на сцену» вышли атомные подводные лодки 627-го проекта, число обнаружений возросло до 42. Однако следует признать, что АПЛ первого поколения не предназначались для охоты за субмаринами противника: была велика их шумность, гидроакустическое оборудование имело относительно низкие характеристики. Поэтому контакты с американскими атомными подводными лодками имели, как правило, кратковременный характер и длительного слежения за ними установить не удавалось. В то же время следует заметить, что и американский флот, располагая к середине 1960-х годов специализированными малошумными противолодочными АПЛ типа «Трешер», также не смог обеспечить регулярное слежение за советскими ракетными атомоходами 1-го поколения, обладавшими относительно высокой шумностью.