Как показала проработка эскизного проекта (представлен на рассмотрение в первом квартале 1957 г.), размещение ракетного вооружения потребовало увеличения нормального водоизмещения АПЛ пр. П-627А по сравнению с прототипом на 480 т и уменьшения скорости хода на 4,5-5 уз. По результатам рассмотрения эскизного проекта (в начале мая 1957 г.) было решено разработать технический проект с учетом выполнения следующих требований. Обеспечить лодке возможность погружения и всплытия, а также плавания в подводном положении с затопленным контейнером, надводную непотопляемость и остойчивость, управляемость на перископной глубине в режиме движения под ГЭД с заглушёнными реакторами обоих бортов и с возможностью пуска установки одного из бортов. Кроме того, требовалось увеличить запасы ВВД и вылет перископа, изготовить из маломагнитной стали легкий корпус, ограждение рубки, ракетный контейнер, цистерны замещения и стабилизаторы.
В техническом проекте (представлен на рассмотрение в четвертом квартале 1957 г.) требование обеспечить надводную непотопляемость и остойчивость привело к необходимости увеличить ширину легкого корпуса корабля до 9,2 м. С целью уменьшить сопротивление движению в подводном положении, в кормовой части ограждения рубки за контейнером установили специальный обтекатель. Так как длина ПК увеличилась, то увеличилось и расчетное давление на него. Учитывая, что сталь для изготовления ПК была принята такой же, как и в пр. 627А (в целях унификации), глубина погружения пр. П-627А снизилась до 285 м (против 300 м у пр. 627А). В этом проекте (в отличие от пр. 627А и эскизного проекта) были приняты плоские межотсечные переборки, рассчитанные на давление 10 кг/см2 , прочные уравнительные цистерны вынесли в межкорпусное пространство, а для аварийного замещения плавучести контейнера спроектировали балластно-аварийную цистерну. На стабилизаторах установили малые кормовые горизонтальные рули (МКГР), которые использовались на больших подводных скоростях (свыше 16 уз), благодаря чему исключалась возможность превышения допустимых дифферентов, а на малых ходах лодка управлялась по глубине большими кормовыми горизонтальными рулями (БКГР).
В техническом проекте также изменился состав вооружения. Вместо восьми 533-мм ТА (принятых в пр. 627А и в эскизном проекте) на нем оставили только четыре 533-мм ТА, а остальные заменили двумя 400-мм ТА. Сократился торпедный боезапас. Был установлен второй зенитный перископ. В конечном итоге, после реализации всех требований, нормальное водоизмещение корабля в техническом проекте возросло до 3950 т. Он был утвержден в мае 1958 г. После этого ЦКБ-143 приступило к разработке рабочих чертежей, с учетом замечаний по техническому проекту и опыта эксплуатации первой АПЛ пр. 627А.
