Применение средств радиоразведки, новых средств РТВ, а также введение института заместителей командира по политчасти привело к увеличению численности экипажа корабля. Если в утвержденном техпроекте экипаж состоял из 78 человек, то в процессе постройки корабля он увеличился на пять человек, что создало дополнительные трудности с размещением личного состава (обеспечением спальными местами).
Большое количество принятых к реализации усовершенствований технических средств быстро «съело» резерв на модернизацию, заложенный в техническом проекте.
В процессе эксплуатации ракетных подводных лодок проекта 629 выявились некоторые конструктивные особенности. Высоко поднятые над основной плоскостью большие объемы и массы шахт ракетного оружия и конструкций ограждения обуславливали плохую остойчивость корабля в момент всплытия в гак называемом «горлышке» – при минимальной площади действующей ватерлинии.
Постановление правительства о разработке атомной подводной лодки проекта 658 вышло 26 августа 1956 г. Эскизный проект АПА не выполнялся из-за предельно сжатых сроков, диктуемых реалиями «гонки вооружений» («подстегивали» работы по проекту «Поларис» в США).
Первоначально эти подводные лодки предназначались для нанесения ударов баллистическими ракетами Р-l 1ФМ и Р-13 по наземным объектам, расположенным на побережье и в глубине территории в пределах дальности полета ракеты. В процессе постройки подводных лодок требование об использовании ракет Р-11ФМ как устаревшее было снято. Главный конструктор проекта 658 дли тельное время не назначался, в связи с чем его обязанности исполнял главный инженер ЦКБ-18 П.З. Голосовский. Заместителем главного конструктора был назначен И.Д. Спасский, который координировал разработку проекта до февраля 1956 г., когда главным конструктором стал И.Б. Михайлов. В октябре того же года И.Б. Михайлов перешел на работу в Государственный комитет по судостроению, и главным конструктором был назначен С.Н. Ковалев. Главным наблюдающим за проектированием от ВМФ был представитель ЦНИИ военного кораблестроения К.И. Мартыненко.
Для сокращения сроков реализации программы, а также для снижения технического риска при создании принципиально нового класса боевых кораблей было решено разработать первую советскую ракетную атомную подводную лодку с баллистическими ракетами на основе конструктивных решений, реализованных на торпедной атомной подводной лодке проекта 627. Собственно, новую субмарину можно было рассматривать как модификацию лодки «Ленинский комсомол» с врезанным в корпус дополнительным ракетным отсеком. С подводной лодкой проекта 627 ее связывала одна и та же атомная энергетическая паропроизводящая реакторная установка типа ВМ-А, с подводной лодкой проекта 629 – общий для обеих подводных лодок комплекс ракетного вооружения Д-2. Проектирование подводной лодки проекта 658 поэтому одновременно и облегчалось, и затруднялось: с одной стороны, можно было воспользоваться уже имеющимися конструктивными решениями, с другой стороны, поскольку первый образец атомной энергетической установки только осваивался на опытной лодке проекта 627, а летно-конструкторские испытания ракетного комплекса должны были проводиться на подводной лодке проекта 629, документацию для постройки атомных подводных лодок (АПЛ) проекта 658 приходилось корректировать по результатам испытаний непосредственно в процессе постройки головного и серийных кораблей.
Технический проект был закончен и представлен на утверждение в декабре 1956 г.
Атомный подводный ракетоносец проекта 658 представлял собой подводную лодку двухкорпусного типа, разделенную на десять отсеков: I -й отсек торпедный; 2-й – аккумуляторный; 3-й – центральный пост; 4-й – ракетный; 5-й – дизельный; 6-й – реакторный; 7-й -турбинный; 8-й – электромоторный: 9-й – вспомогательных механизмов; 10-й – кормовой. Прочный корпус цилиндрической формы с конусами в оконечностях, за исключением четвертого отсека, который с целью увеличения вертикального размера был выполнен в форме «восьмерки» с распорной горизонтальной платформой, разделявшей отсек на верхнюю и нижнюю половины. На проекте 658 была удачно найдена конструкция узла соединения восьмерочной части прочного корпуса с цилиндрической.