В 1972 году успешный переход на Камчатку подо льдами Арктики выполнила К-415.

Первоначально РПКСН, так же, как и их предшественники — лодки 658-го проекта, несли боевое дежурство у восточного побережья Северной Америки, что делало их все более уязвимыми от набирающих силу противолодочных средств США, включающих гидроакустическую систему подводного наблюдения, специализированные АПЛ, надводные корабли, а также самолеты и вертолеты корабельного и берегового базирования. Постепенно, с ростом численности кораблей 667-го проекта, началось их патрулирование и у тихоокеанского побережья США.

Поступление на вооружение ВМС США усовершенствованных ракет «Поларис» А-3 с максимальной дальностью стрельбы 4600 км, а также развертывание в 1966 г. программы создания новой баллистической ракеты «Посейдон» С-3 с еще более высокими характеристиками потребовали принятия ответных мер по совершенствованию боевого потенциала советских ПЛАРБ. Работы велись в направлении оснащения подводных лодок более совершенными ракетами, обладающими повышенной дальностью стрельбы. Создание нового ракетного комплекса для модернизированных лодок 667-го проекта развернулось в КБ «Арсенал» (проект «5МТ», приведший в дальнейшем к созданию комплекса Д-11 с твердотопливными ракетами Р-31, которым была оснащена ПЛАРБ пр.667АМ). Параллельно в КБМ велась разработка модернизированного комплекса Д-5У с ракетами Р-27У, обладающими дальностью, увеличенной до 3000 км. Правительственное постановление, предусматривающее проведение модернизации ракетного комплекса Д-5, вышло 10 июня 1971 г., а первые опытные пуски с борта подводной лодки начались в 1972 году. 4 января 1974 г. комплекс Д-5У был принят на вооружение ВМФ. Помимо увеличенной дальности новая ракета Р-27У (SS-N-6 Mod2/3) несла усовершенствованную ГЧ «рассеивающего» типа, оснащенную тремя боевыми блоками (3 х 200 Кт) без системы индивидуального наведения или обычную моноблочную ГЧ.

В конце 1972 года 31-я дивизия поручила первую подводную лодку проекта 667АУ — К-245, оснащенную ракетным комплексом Д-5У. В ходе отработки комплекса в сентябре 1972 - августе 1973 г. были проведены испытания ракеты Р-27У. Все 16 пусков с борта К-245 прошли удачно, причем последние два пуска были произведены из района боевого патрулирования в конце боевой службы.

На лодке К-245 прошел испытания и навигационный комплекс «Тобол» с инерциальной системой. Для проверки его возможностей в конце 1972 г. корабль выполнил поход в район экватора.

В 1972-1983 гг. флот получил еще восемь РПКСН проекта 667А (К-219, К-228, К-241, К-430, К-436, К-444, К-446 и К-451), модернизированных или достроенных по проекту 667АУ.

В 1974 г. К-444 (проект 667АУ) отрабатывала ракетную стрельбу без всплытия на перископную глубину, а также из неподвижного положения, с использованием стабилизатора глубины.

Высокая активность советских и американских флотов в период «холодной войны» не раз приводила к столкновению лодок, находящихся в подводном положении и осуществлявших скрытое слежение друг за другом. В мае 1974 г. вблизи базы ВМФ в Петропавловске одна из ПЛАРБ пр.667А, находившаяся на глубине 65 м, столкнулась с американским торпедным атомоходом «Пинтадо» (SSN-672, тип «Стерджен»). В результате советская и американская лодки получили незначительные повреждения.

3 октября 1986 г. лодка К-219 под командованием капитана 2-го ранга И. Британова, находившаяся на боевой службе у восточного побережья США, в результате утечки и последующего взрыва ракетного топлива одной из ракет, после 15-часовой героической борьбы за живучесть, затонула в 600 милях от Бермудских островов. По одной из версий, разрушение ракеты было вызвано столкновением с зарубежной АПЛ, осуществлявшей слежение за советским атомоходом.

За весь период эксплуатации лодки проектов 667А и 667АУ выполнили 590 боевых патрулирований.

Первой подводной лодкой 667-го проекта, выведенной из состава стратегических ядерных сил в результате советско-американских договоренностей в области сокращения вооружений, стала К-411. В январе-апреле 1978 г. у этого, еще сравнительно «молодого», корабля «ампутировали» ракетные отсеки, которые впоследствии были утилизированы, а сам РПКСН переоборудовали в атомную подводную лодку специального назначения (проект 09774). В лодку «спецназа» (проект 09780) был трансформирован и ракетоносец К-403.

К-420 была модернизирована для испытаний стратегических высокоскоростных крылатых ракет «Метеорит». Еще пять лодок проекта 667А в 1982-91 гг. переоборудовали в носители малогабаритных дозвуковых крылатых ракет «Гранат».

В конце 1970-х годов было решено трансформировать часть лодок проекта 667А в большие атомные торпедные подводные лодки (проект 667АТ). Модернизацию прошли К-253, К-395 и К-423.

В 1979 году на консервацию (с вырезанием ракетного отсека) были выведены две первые лодки проекта 667А, в дальнейшем этот процесс ускорился, и во второй половине 90-х годов в составе советского флота не осталось ни одного ракетоносца проектов 667А и 667АУ.

Проект 667АМ

Хотя все отечественные ПЛАРБ первого поколения оснащались исключительно жидкостными ракетами (что соответствовало реальному уровню советского ракетостроения), флот и специалисты промышленности прекрасно осознавали все эксплуатационные недостатки таких ракет. БР с ЖРД обладали высокой токсичностью и пожаро-, взрывоопасностью. Специфика их применения требовала при осуществлении подводного старта предварительного заполнения забортной водой кольцевого зазора шахт, для чего создавалась сложная система трубопроводов и насосов. В результате перекачивания больших объемов воды в период предстартовой подготовки повышался уровень шумов, демаскирующих подводную лодку. Все эти недостатки отсутствовали у ракетных комплексов с твердотопливными ракетами. Поэтому параллельно с созданием жидкостных морских БР в нашей стране в конце 50-х годов начались работы и над первыми твердотопливными ракетами для оснащения подводных лодок.

В соответствии с правительственным постановлением от 9 сентября 1958 г. ленинградское КБ «Арсенал» приступило к разработке ракетного комплекса Д-6 с твердотопливной ракетой, предназначенного для оснащения перспективных ракетоносцев. Работы велись по двум параллельным направлениям — созданию БР с двигателем на баллиститных порохах, а также на более перспективном смесевом топливе. Недостатком первого варианта являлась необходимость использования громоздкой связки из четырех двигателей, что приводило к чрезмерному росту габаритов ракеты, а создание двигателя на смесевом топливе требовало решения ряда сложных научных, технических и технологических задач, которые на рубеже 50-60-х годов оказались еще «не по плечу» отечественному ракетостроению. Возник и ряд чисто организационных трудностей. В результате в соответствии с постановлением от 4 апреля 1961 г. работы по программе Д-6 были прекращены.

Тем же правительственным постановлением ОКБ В.П. Макеева поручалось приступить к работам по новому твердотопливному «лодочному» комплексу Д-7 с ракетой РТ-15М (4К22), ориентированному на новую подводную лодку 667-го проекта. При этом вся техническая документация, разработанная «арсенальцами» по программе Д-6, была передана в СКБ-385.                                                         

Ракета РТ-15М должна была иметь стартовую массу порядка 50 т (более чем в три раза превышающую массу американской БР «Поларис»А-1) и дальность пуска 2400 км. Работы по комплексу Д-7 были доведены до стадии бросковых испытаний, однако в 1962 г., когда заказчик выдвинул требование резкого увеличения боекомплекта ракетоносцев (и, следовательно, уменьшения габаритов ракет), интерес к программе стал постепенно угасать, а в 1964 году она была вовсе прекращена из-за невозможности разработчиков уложиться в рамки новых требований.