Проектные работы по более основательной перестройке пр. 613 в носите самолетов-снарядов П-5 также начали в ЦКБ-18, но из-за перегрузки головной организации отрасли проектированием принципиально новых лодок эта тематика «по наследству» перешла к ЦКБ-11
Вначале в ЦКБ-112 в соответствие постановлением правительства от 7 мая 1957 г. велась разработка пр. 644П, отличавшегося от своего предшественника неподвижным наклонным размещена двух контейнеров. Горьковскими судостроителями по собственной инициативе в 1957—1959 гг. был предложен проект лодки, удлиненной на 7,8 м, но способной нести четыре самолета-снаряда. Кроме того, предусматривалось укомплектование субмарины дополнительной группой аккумуляторных батарей и увеличение запаса топлива, что позволило увеличить дальность подводного хода с 300 до 450 миль, дальность плавания под РДП — с 6000 до 8500 миль, а также довести автономность до 50 суток.
Подобная ПЛ по своим возможности явно превосходила заданную ЦКБ-1 (пр. 644П) и в основном отвечала задачам, предусмотренным постановлением от 17 августа 1956 г. о создании реактивного управляемого вооружения для кораблей ВМФ применительно к средней подводной лодке пр. 665 с П-5. Строительство десяти таких ПЛ предполагалось осуществить в соответствии с постановлением от 25 августа 1956 г. «О создании кораблей с новыми видами оружия и энергетических установок в 1956-1962 гг. и программе военного корабле- строения на 1956—1960 гг.»
По результатам сравнительного рассмотрения пр. 644П и инициативного проекта ЦКБ-112 совместным решением ВМФ и Госкомитета по судостроению от 2 июля 1958 г. предложение сормовских конструкторов было одобрено. Им предписывалось к январю следующего года подготовить технический проект средней ПЛ с четырьмя самолетами-снарядами. Подводная лодка стала именоваться «проект 665», а ее проектирование возглавил главный конструктор Б.А. Леонтьев. Технический проект был представлен в срок, но уже в декабре 1958 г., не дожидаясь его утверждения, начали изготовление рабочих чертежей, а на заводе №189 запустили в производство натурный макет четвертого отсека и ограждения рубки, являвшихся «изюминкой» новой модернизации пр. 613.
Четыре контейнера размещались побортно с конструктивным углом 14° по отношению к килевой линии, при этом кормовая пара располагалась с небольшим превышением по отношению к носовой. Для обеспечения требуемого неуступчивыми ракетчиками угла 15° лодке придали небольшой строительный дифферент на корму, а оставшиеся полградуса выбирались за счет непродутия части кормовых цистерн. Рискнем предположить, что возможное в горячке боя невыполнение последнего требования разработчика комплекса не привело бы к катастрофическим последствиям.
Между контейнерами располагалась прочная рубка, предназначенная для управления при плавании на перископной глубине, — непременный атрибут всех лодок того времени. Ограждение рубки огромных размеров и весьма необычной формы охватывало и ракетные контейнеры, и жилую прочную рубку на восемь спальных мест, введенную на пр. 665 не столько для улучшения обитаемости, сколько для создания дополнительного объема плавучести. Однако в целом ограждение имело обтекаемую форму: несмотря на большее по сравнению с пр. 644 водоизмещение лодки и солидный «лоб» ограждения, максимальная подводная скорость пр. 665 увеличилась с 9,5 до 11 узлов. Приемлемую остойчивость удалось обеспечить только за счет исполнения столь громоздкого ограждения из алюминиевого сплава. За характерную форму ограждения рубки лодки пр. 665 прозвали «лягушками».
Переход к неподвижным контейнерам позволил снизить массу за счет отказа от механизма подъема, повысил надежность, но вызвал ряд новых трудностей, связанных с обеспечением старта ракет. В отличие от пр. 644, передние крышки контейнеров открывались не вверх, а в сторону борта. Сложнее было обеспечить вывод струй маршевых двигателей и стартовиков из объема ограждения рубки. Кроме того, требовалось исключить заливаемость нижней части ракетного контейнера. На лодках пр. 644 по этой причине допустимое волнение при пуске ограничили 3 баллами вместо заданных 4—5, а скорость лодки — шестью, а не 15 узлами. Поэтому внутри ограждения рубки сформировали своего рода «дымовые трубы» — газоотводные камеры. Для упорядочения процесса их заполнения водой при погружении и опорожнения при всплытии газоотводные камеры выполнили наподобие цистерн главного балласта. Вверху каждой из двух камер находились клапаны вентиляции, внизу— кингстоны. Было проанализировано несколько вариантов газоотводных камер, отличавшихся диаметром (от 1,7 до 2,05 м), а также углом наклона (от 43 до 77°). Оптимальным признали наиболее широкий газоход, размещенный под углом 47,5°.
На лодке устанавливалась более совершенная аппаратура предстартовой подготовки, позволявшая осуществить залповый пуск всех четырех самолетов-снарядов. Кроме того, с подводной лодки сняли запасные торпеды и кормовые торпедные аппараты. Во вновь введенной секции корпуса установили дополнительную третью группу из 112 аккумуляторов, за счет чего дальность подводного плавания двухузловым экономическим ходом возросла с 350 до 400 миль. Также дополнительно разместили установку кондиционирования воздуха, противопожарную систему ВПЛ-52, систему водяного охлаждения аккумуляторной батареи. Ввели и другие усовершенствования: линии вала с двумя шинопневматическими муфтами и плавающим переборочным сальником, кольцевые насадки гребных винтов, аналогичные внедряемым на строившихся в эти годы новейших лодках пр. 651 и пр. 633. Обновили и гидроакустическое вооружение, поставив гидролокатор «Плутоний», шумопеленгатор «Кола», станцию мгновенного гидроакустического обзора «Свет», аппаратуру звукоподводной связи «Свияга».
Подводная лодка пр.665.