В июле 1944 г. корабли Балтийского флота потопили в северо-восточной части Финского залива немецкую среднюю ПЛ U-250 типа VI11C. В том же году ее подняла со дна аварийно-спасательная служба флота. Эта ПЛ обладала близкими к проекту 608-1 тактико-техническими элементами (ТТЭ), в связи с чем нарком ВМФ Н. Кузнецов приказал провести по типу упомянутой немецкой лодки работы по новой субмарине среднего водоизмещения и в 1945 г. представить ее проект. Работы над ПЛ проекта 608 прекратились, а в начале января 1946 г. после ознакомления с материалами по трофейным немецким субмаринам (типы VI1C, XXI, XXIII и др.) Главнокомандующий ВМС СССР утвердил ТТЗ на среднюю дизель-электрическую ПЛ проекта 613.
С января по апрель 1946 г. ЦКБ-18 по собственной инициативе провело исследовательское проектирование по теме СП-46 — сокращенной проработке возможности выполнения выданных ТТЗ и изыскание оптимальных вариантов ТТЭ первых советских послевоенных ПЛ проектов 611, 612 и 613. В результате конструкторы предложили пересмотреть ранее выданное ТТЗ по проекту 613 в сторону увеличения скорости хода и дальности плавания ПЛ при одновременном увеличении ее стандартного водоизмещения до 800 т. В августе того же года ЦКБ-18 получило новое задание на эскизный проект 613, в котором в основном были приняты элементы, подготовленные бюро, но с некоторыми дополнениями и изменениями. Главным конструктором проекта первоначально был тот же В.Н. Перегудов, но впоследствии его сменили на этом посту сначала Я.Е. Евграфов, а с 1950 г. — З.А. Дерибин.
Окончательный вариант эскизного проекта был одобрен постановлением Совета Министров СССР от 20 октября 1947 г. Технический же проект ПЛ утвердили постановлением Совета Министров от 15 августа 1948 г. В 1954 г. по решению правительства СССР рабочие чертежи и техническая документация по проекту 613 были переданы КНР для осуществления там постройки таких лодок. Согласно условиям договора, первые три корабля должны были изготавливаться полностью в СССР, а затем в разобранном виде перевозиться в Китай, где их собирали и испытывали. Последующие субмарины предполагалось строить уже в Китае, а Советский Союз поставлял для них корпусную сталь, механизмы, электрооборудование, приборы и вооружение.
В 1948 г. судостроительные заводы № 444 (г. Николаев) и «Красное Сормово» (г. Горький, сейчас Нижний Новгород) приступили к подготовке производства для постройки ПЛ проекта 613. И уже 11 апреля 1950 г. на заводе № 444 состоялась закладка головной ПЛ С-61, которую спустили на воду 22 июля того же года и 24 мая 1952 г. включили в боевой состав флота. На заводе «Красное Сормово» закладка первой ПЛ, получившей номер С-80, состоялась 13 марта 1950 г. На воду ее спустили 21 октября того же года, а 2 декабря 1951 г. она вошла в боевой состав ВМС СССР. В 1953 г. к строительству ПЛ проекта 613 был подключен ряд других судостроительных заводов.
