При проектировании подводной лодки определяющими были массогабаритные характеристики ракетного оружия. В связи с неоднократным изменением основных данных по ракетному оружию, определявшему внешний облик корабля, были подготовлены пять вариантов теоретического чертежа корпуса. С целью своевременного проведения всех необходимых гидродинамических исследований на ходкость, управляемость, устойчивость на курсе, заливаемость, бурунообразование и т.п. в ЦНИИ-45, ЦАГИ и СибНИА последний пятый вариант специально разработали применительно к ожидаемым окончательным габаритам и весам основного вооружения с соответствующим общим расположением помещений и цистерн. Это своевременно принятое главным конструктором решение позволило выполнить технический проект в установленный министерством срок.

Архитектура представленного проекта подлодки отличалась рядом особенностей, обусловленных необходимостью размещения ракетного вооружения. В отличие от семиотсечных торпедных лодок, прочный корпус вновь спроектированной подводной лодки был разбит на восемь отсеков — новым стал 12-метровый ракетный отсек. За счет отказа от запасных торпед и принятия схемы погрузки носовых торпед через передние крышки торпедных аппаратов длину торпедных отсеков удалось сократить, что позволило увеличить общую длину прочного корпуса в сравнении с проектом 641 на 6,7 м.

Главный конструктор КБ-2 НИИ-88 A.M. Исаев (справа) и В.П. Макеев.

Размещение ракетных шахт в специальном отсеке вызвало появление нового технического решения. С целью понижения центра тяжести комплекса ракетного оружия и обеспечения положительной остойчивости корабля при всплытии прочный корпус ракетного отсека впервые был выполнен в форме «восьмерки», в виде двух пересекающихся на распорной платформе цилиндров: верхнего, основного, диаметром 5,8 м и нижнего диаметром 4,8 м. Это обстоятельство вызвало появление так называемой наделки, простиравшейся на треть длины корабля и выступавшей за «традиционную», основную линию (например, у подводных лодок проектов 611 и 641) на 2,53 м. Длинное, высокое и широкое ограждение кроме прочной рубки и выдвижных устройств «одевало» выступающие из прочного корпуса верхние части ракетных шахт.

Для уменьшения амплитуды и увеличения периода бортовой качки корабля на волнении была предусмотрена установка боковых (скуловых) килей. В материалах технического проекта обосновывался ряд отступлений от требований последнего ТТЗ. Так, установка противогидролокационного покрытия приводила к значительному росту водоизмещения корабля, снижала остойчивость и вызывала увеличение сроков строительства, не давая, по мнению ЦКБ-16, значительного эффекта в сокращении дальности обнаружения ПЛ гидролокаторами вероятного противника (из-за большой площади практически плоского ограждения шахт). Тем более что во время постройки головного корабля противогидролокационное покрытие фактически еще не существовало. Установка размагничивающего устройства также вела к росту водоизмещения.

Нормальное водоизмещение корабля в техническом проекте составило 2794 м³. При использовании четырехлопастных гребных винтов с высокими пропульсивными качествами (аналогичных устанавливаемым на ДЭПЛ проекта 641) были получены следующие расчетные скорости и соответствующие им дальности плавания:
а) в надводном положении: длительная максимальная скорость 15 узлов (5500 миль); экономическая скорость 8 узлов (23500 миль при нормальном запасе топлива, без учета расхода мощности на вспомогательные нужды и зарядки аккумуляторных батарей);
б) в подводном положении: максимальная скорость в течение часа 12,5 узла; экономический ход 2 узла (300 миль).