6 июля 1961 г. Северный флот пополнился ПЛАРБ К-33, 12 августа 1962 г. — К-55, 28 декабря 1962 г. — К-40, 15 июня 1963 г. — К-16, 19 декабря 1963 г. — К-145. 12 февраля 1964 г. — К-149 и 30 июня 1964 г. — К-176. Таким образом, в течение шести лет была успешно реализована широкомасштабная, уникальная для отечественного оборонного комплекса программа строительства серии из восьми атомных ракетоносцев, несущих в общей сложности 24 баллистические ракеты с мощными термоядерными боевыми частями.
В 1963 и 1968 гг. лодки К-178 и К-55 перевели на ТОФ, где они несли боевую службу в составе дивизии атомных подводных лодок, базирующейся на Камчатке.
Условия обитаемости на первых советских ракетных атомоходах в целом незначительно отличались от условий на крупных дизель-электрических подводных лодках послевоенной постройки. Впрочем, каждый член экипажа ПЛАРБ проекта 658 имел свое собственное спальное место (чем не могли похвастаться американские подводники, служащие на АПА 3-го поколения типа «Лос-Анджелес»), а содержание провизионных камер советских атомоходов в 1960-1970-е гг. в значительной мере компенсировало бытовые неудобства. Моряки в изобилии снабжались превосходным молдавским «каберне», икрой (как красной, так и черной) и другими деликатесами, которыми мог похвастаться далеко не каждый столичный ресторан 1970-х гг. Однако в 1980-е гг. это «гастрономическое изобилие» стало постепенно уступать место более скромному рациону, соответствующему изменившемуся отношению «руководителей партии и правительства» к защитникам подводных рубежей Отчизны. Впрочем, альтернативой дефицитному «каберне» всегда оставалось проверенное военно- морское «шило».
Появление в составе советского флота первых атомных ракетоносцев, разумеется, не осталось незамеченным д\я американской разведки. Для борьбы с советскими подводными лодками американцы и их союзники начали создавать системы контроля за их передвижением. В соответствии с программой «Цезарь», осуществление которой началось в конце 1950-х гг., ВМС США разместили на континентальном шельфе вдоль восточного побережья своего континента, на Гавайских островах и подводных возвышенностях мирового океана сеть гидрофонов-обнаружителей. Впоследствии ее значительно расширили и модернизировали, что позволило успешно решать задачи слежения за подводными объектами.
В 1960-е гг, была развернута система СОСУС, задачей которой стало обнаружение советских подлодок в Атлантике. Для предотвращения их прорыва из Баренцева моря в Северную Атлантику был создан противолодочный барьер. Между Гренландией, Исландией и Шетлендскими островами установили сеть гидрофонов. Это пространство постоянно контролировалось противолодочной авиацией и подводными лодками США и стран НАТО.
Внедрение в жизнь новых теоретических разработок позволило значительно расширить арсенал средств обнаружения субмарин. Противолодочные силы получили на вооружение магнитометры, а также устройства, реагирующие на изменение температуры воды при прохождении подводного объекта с большой массой. Кроме того, для поиска подводных лодок постоянно используются специальные поисковые группы надводных кораблей и авиации.
Эффективность противолодочных сил США и НАТО реально проверялась в период Карибского кризиса. Все шесть советских дизельных ракетных лодок проекта 629, вышедших к берегам Америки, были обнаружены, и за ними установили непрерывное наблюдение. Не трудно догадаться, что в случае начала боевых действий их участь оказалась бы незавидной.
Служба отечественных ракетных атомоходов комплекса Д-2 не обходилась без ЧП. В июле 1961 г. флот проводил учения «Полярный круг», в которых участвовал подводный крейсер К-19 под командованием капитана 2 ранга Н.В. Затеева. Ракетоносец следовал в заданный район Северной Атлантики, где он должен был произвести ракетный пуск по боевому полю, всплыв из-под арктического льда. Все шло штатно. Но 4 июля в 4 ч 15 мин вахтенный офицер сообщил о резком падении давления охлаждающей жидкости в первом контуре одного из атомных реакторов левого борта. Из-за заклинивания главного и вспомогательного циркуляционных насосов лопнул трубопровод, и бидистиллат — охлаждающая радиоактивная жидкость — стал вытекать. Это могло привести к разогреву реактора, а дальше и к взрыву. В течение предельно короткого срока — за два часа — экипажу удалось смонтировать нештатную систему аварийного охлаждения реактора и ликвидировать угрозу взрыва.
Однако в борьбе за жизнь корабля получили тяжелые дозы облучения и погибли 14 членов экипажа. Подошедшим дизель-электрическим подводным лодкам и надводным кораблям удалось эвакуировать людей и отбуксировать атомоход в Западную Лицу. В ходе ремонта, проведенного в 1962–1964 гг., у лодки заменили оба атомных реактора.