АПЛ 627-го проекта совершили ряд дальних походов, вписав яркие страницы в историю отечественного и мирового подводного мореплавания. Эти походы имели, помимо прочего, и огромное морально-политическое значение: советский флот впервые доказал на деле, что может противостоять на равных флотам США и Великобритании. В сентябре 1963 г. АПЛ К-115 (командир капитан 2 ранга Р. Дубяга, старший похода – капитан 1 ранга В.Кичев) совместно с К-178 (проект 658М, командир капитан 2 ранга Михайловский) совершила подо льдами Северного Ледовитого океана переход на Тихоокеанский флот, пройдя за шесть суток 1600 миль. Командиру АПЛ было присвоено звание Герой Советского Союза.
В том же 1963 г. К-181 (капитан 2 ранга Ю.А.Сысоев, старший похода командующий СФ адмирал В.А.Касатонов) выполнила очередной высокоширотный поход, всплыв 29 сентября на Северном полюсе. Командиру АПЛ и старшему на походе присвоили звание Герой Советского Союза. АПЛ была награждена Орденом Красного Знамени.
Для проверки возможности использования атомоходов в южных широтах АПЛ К-133 в 1963 г. совершила поход в экваториальные районы Атлантики.
Этот опыт пригодился в 1966 году, когда К-133 (командир капитан 2 ранга Л.Н.Столяров) из состава 3-й дивизии подводных лодок Северного Флота совместно с ракетоносцем К-116 (командир капитан 2 ранга В.Виноградов) совершила «кругосветный» переход на ТОФ через Атлантический и Тихий океаны, пройдя в подводном положении за 54 суток почти 20000 миль. Руководителю перехода контр-адмиралу А.Сорокину, командирам АПЛ, командирам электромеханических БЧ капитанам 2 ранга Самсонову и Морозову, а также зам. командира по ПЧ капитану 2 ранга Усенко присвоили звание Герой Советского Союза. Подготовка к выполнению столь сложного задания была проведена в рекордно короткие сроки: в течение месяца моряками были отработаны три курсовые задачи.
В 1966 году К-14 (командир – капитан 1 ранга Д.Н.Голубев) совершила 17-суточный переход подо льдами Арктики, проложив трассу, по которой в дальнейшем осуществлялась перегонка атомоходов европейской постройки на Тихоокеанский флот. Несколько позже движение в обратном направлении освоили и «комсомольские» лодки новых проектов. Старшему на переходе командиру дивизии контр-адмиралу Игнатову и командиру АПЛ было присвоено звание Герой Советского Союза.
В 1968 году очередной подледный переход на ТОФ выполнила и К-42 (капитан 2 ранга В.И.Заморев), прошедшая под арктическими льдами совместно с К-55 (пр.658М). Этот поход отличался от предшествующих тем, что лодки несли на борту штатное ядерное оружие.