O K-27 foi o único submarino construído do projeto 645. A particularidade desta série era a utilização de metal líquido como refrigerante do propulsor.
O submarino ficou pronto em junho de 1958 e foi lançado à água cerca de quatro anos mais tarde, em maio de 1962. Em outubro de 1963, foi comissionado pela Marinha soviética e se tornou a maior embarcação nuclear naquele momento.
A embarcação contava com quatro tubos lançadores de torpedos dianteiros de 533 milímetros, que foram utilizados pela primeira vez na prática naval mundial. Além disso, cada um dos aparelhos possuía mecanismos de alimentação individuais que permitiam o carregamento simultâneo.
A primeira viagem do K-27 só terminou em junho de 1964, estabelecendo o recorde de maior navegação submarina ininterrupta. A missão de 51 dias sem sair à superfície começou no Ártico e terminou nas águas equatoriais do oceano Atlântico, percorrendo mais de 22.200 quilômetros.
Em 1965, o submarino partiu para sua segunda missão e quebrou seus próprios recordes ao viajar por 60 dias sem sair à superfície. Naquela ocasião, o K-27 percorreu aproximadamente 28.000 quilômetros.
O avançado submarino soviético K-27 foi retirado de serviço em 1° de fevereiro de 1979. Ele representou um grande avanço da ciência soviética por testar tecnologias inovadoras e materiais que permitiram à indústria naval do país progredir significativamente.