13 октября 1960 года вышла в море для похода к Северному Полюсу. На К-8 было укреплено ограждение рубки, установлены вторые комплекты эхолота и эхоледомера, пульт штурмана, два дополнительных гидроазимута, самописец для обсерваций по подводным взрывам. В Баренцевом море в 19.03 произошел разрыв парогенератора. При ликвидации аварии 13 человек переоблучились, подводная лодка вернулась в дизель-генераторном режиме. Всего в течение года совершила 6 выходов в море. 1 июня при отработке задач боевой подготовки в море образовалась течь активной воды из парогенератора. Часть личного состава получила облучение. Впоследствии один человек был списан на берег. В июля 1961 года перечислена в состав 3-й Дивизии подводных лодок 1-й Флотилии подводных лодок СФ с прежним местом базирования. 8 октября 1961 года во время атаки отряда боевых кораблей на первенство ВМФ вновь открылась течь активной воды из парогенератора. 11 ноября 1961 года по 31 декабря 1963 года на ПО «Севмашпредпрятие» в г. Северодвинске прошла средний ремонт. В апреле 1964 года при выходе в море на отработку задач боевой подготовки от командира БЧ-5 поступил доклад, что испарительная установка не рассаливается. За несколько часов ремонтных работ наладить работу установки не удалось, и подводная лодка была вынуждена прервать выход и зайти в губу Гремиха для пополнения запасов воды.
Летом 1964 года К-8 впервые заступила на Боевое дежурство в пункте базирования. В 1965 году при выполнении торпедной стрельбы боевой торпедой по мысу Пикшуев, торпеда, пройдя некоторое расстояние, внезапно развернулась и пошла на сближение с подводной лодкой. Энергичным маневром по курсу, скорости и глубине К-8 уклонилась от собственной торпеды. С августа 1966 года по июль 1968 года на СРЗ «Звездочка» в г. Северодвинске прошла средний ремонт с заменой парогенераторов. Тогда же на подводной лодке демонтировали противогидролокационное покрытие в связи с прекращением его производства. В 1968 году перечислена в состав 17-й Дивизии подводных лодок Иоканьгской ВМБ с базированием в губе Гремиха. В 1969 году выполнила задачи первой Боевой службы продолжительностью 21 сутки. В сентябре 1969 года в группе с еще двумя подводными лодками из состава 17-й Дивизии подводных лодок приняла участие в учениях «Панель» в районе острова Медвежий, в ходе которых исследовались варианты покрытий корпусов подводных лодок.
17 февраля 1970 года вышла в море для выполнения задач второй Боевой службы. Втечение похода К-8, обогнув Скандинавский полуостров и миновав Фареро — Исландский противолодочный рубеж, форсировала пролив Гибралтар и в Средиземном море вела слежение за американскими авианосцами CVB 41 «Midway» и CVA 60 «Saratoga». На подходе к Гибралтару при погружении на 140 метров во втором отсеке обнаружилась течь по периметру съемного листа.
К-8 всплыла в надводное положение, был поджат лист, но течь не прекратилась. Командир принял решение устранять течь после форсирования Гибралтара. Пролив подводная лодка прошла под днищем БПК «Неуловимый». Через 8 часов всплыла у острова Албаран для замены всей резиновой прокладки съемного листа. В Средиземном море К-8 была обнаружена тремя эсминцами вероятного противника. Через несколько часов преследования подводная лодка резко ушла на 140 метров, изменила курс и на полном ходу оторвалась от преследования. 15 марта 1970 года в районе острова Капри К-8 всплыла для встречи с БПК «Бойкий». С борта надводного корабля были погружены запасы регенерации и продуктов для обратного перехода. 1 апреля 1970 года было получено приказание на возвращение. Пролив Гибралтар был форсирован в течение 6 часов под днищем БПК «Бойкий». 6 апреля 1970 года атомная подводная лодка К-8 была переразвернута в северо-восточную часть Атлантического океана для участия в маневрах «Океан-70».