Совершенствовались и подводные лодки, оснащенные крылатыми ракетами. Первая ПЛАРК проекта 659, вооруженная шестью КР комплекса П-5 (надводный старт с дальностью стрельбы 250 км), К-45 вошла в состав вновь образованной 9-й Бригады подводных лодок в бухте Павловского в октябре 1960 года. В 1961 году она впервые совершила поход на полную автономность с выполнением практической ракетной стрельбы. Всего флот получил пять таких подводных лодок: К-45, К-122, К-66, К-259, К-151. В период 1968–1976 годов, ввиду малоэффективности ракетного комплекса, они были переоборудованы в торпедные (проект 659Т), а в 1986–1989 годах выведены из боевого состава.
В 1965–1972 годах поступили 14 атомных подводных лодок проекта 675 (М, МКВ) с восемью ПУ КР П-6 (П-500) с надводным стартом на дальность до 550 км: К-116, К-431, К-10, К-48, К-108, К-7 переименована в К-127, К-175, К-184, К-189 переименована в К-144, К-57 – в К-557, К-56, К-94 переименована в К-204, К-23, К-34 переименована в К-134. Строились они все в Комсомольске-на-Амуре (К-116 перешла с СФ в 1966 году). На этих подводных лодках впервые была установлена аппаратура «Касатка», обеспечивающая прием и обработку данных для целеуказания подводной лодке от морского комплекса разведки и целеуказания (МКРЦ) «Успех-1У» (от самолетов Ту-95РЦ и вертолетов К-25ДЦ). Главный недостаток этих подводных лодок – надводный старт – был исключен в последующих проектах.
В начале 70-х поступили 10 атомных ПЛАРК второго поколения проекта 670 с восемью КР «Аметист» (дальность стрельбы 80 км). Строились эти лодки (К-429, К-212, К-25, К-325, К-308, К-121, К-320, К-201, К-313, К-43) на заводе «Красное Сормово» в Нижнем Новгороде, а затем переводились по внутренним судоходным путям на СФ, откуда через Арктику – на ТОФ. В 1989 году одна из таких подводных лодок (К-43) была передана в аренду Индии и в составе ее ВМС находилась в течение трех лет (ПЛАРК «Chakra»).
С 1978 года, после постройки в Северодвинске, на флот прибыли шесть подводных лодок третьего поколения проекта 949А (АПКР), вооруженные 24 КР «Гранит» с дальностью стрельбы до 500 км. Эти подводные лодки с полным подводным водоизмещением до 24000 тонн, подводной скоростью 30 узлов и повышенной скрытностью, являются серьезной угрозой для противника. АПКР «Иркутск», «Челябинск», «Вилючинск», «Омск» и «Томск» находятся в боевом составе флота («Красноярск» списан в 1989 году).
15-я эскадра подводных лодок переформирована в 1973 году во 20-ю флотилию атомных подводных лодок с базированием в бухте Крашенинникова. В эту флотилию входили пять дивизий атомных подводных лодок: две стратегических (8-я и 25-я), противолодочная 45-я, противоавианосная 10-я и 42-я дивизия ПЛА. Просуществовала флотилия 25 лет и в 1998 году была переформирована в оперативную эскадру. В Приморье в 1978 году сформирована 4-я флотилия атомных подводных лодок в бухте Павловского в составе трех дивизий: 21-й стратегической, 26-й противолодочной и 29-й ракетной (с базированием в бухте Ракушка залива Владимира). Флотилия просуществовала 16 лет, в 1994 году была переформирована сначала в эскадру, затем в дивизию.
В октябре 1978 года создана 9-я дивизия атомных подводных лодок (в нее вошли подводные лодки из состава 29 дивизии) с пунктом базирования бухта Конюшкова, залив Стрелок с подчинением 4-й флотилии.
В 1988 году дивизия переформирована в дивизион.
В сентябре 1994 года 4-я флотилия переформирована в 3-ю эскадру атомных подводных лодок ТОФ, а в сентябре 1995 года 3-я эскадра преобразована в 26 дивизию атомных подводных лодок ТОФ. В 2000 году, в связи с выводом атомных подводных лодок из боевого состава ВМФ, 26 дивизия расформирована.
30 декабря 1992 года для обеспечения ядерной и радиационной безопасности, подготовки к утилизации атомных подводных лодок, выведенных из боевого состава ВМФ, сформирован 287 дивизион атомных подводных лодок с базированием в бухте Чажма и непосредственным подчинением командующему 4-й флотилии.
В 1994 году для выполнения таких же задач сформирована 8-я отдельная бригада атомных подводных лодок, а 287 дивизион переподчинен этой бригаде. В 2000 году в соответствии с планами командования дивизион перебазирован в б. Павловского.
В 2003 году 8-я бригада атомных подводных лодок расформирована, оставшиеся атомные подводные лодки переданы в подчинение 287-му дивизиону подводных лодок.