Опытная атомная подводная лодка (АПЛ) была спроектирована и построена в сжатые сроки: предэскизный проект разрабатывался с октября 1952 года по март 1953 года, эскизный — с марта по октябрь 1953-го, технический проект — с ноября 1953 года по июнь 1954 года, изготовление рабочих чертежей было начато в марте 1954-го и закончено в июле 1955 года. В сентябре 1955 года на Северном машиностроительном предприятии (город Северодвинск) состоялась закладка первой атомной подводной лодки.
Летом 1951 года был создан отдел № 6, подчиненный напрямую военно-морскому министру. Новая структура создавалась для обеспечения разработки атомного оружия для флота, способов его применения в боевых действиях на море, а также для защиты объектов флота от атомного оружия противника. Отдел № 6 возглавил капитан 1-го ранга П. Ф. Фомин.
Н. Г. Кузнецов распорядился организацию и руководство работами по объекту 627 (АПЛ) возложить на 6-й отдел ВМФ. В Северодвинске на заводе № 402 также по указанию адмирала Н. Г. Кузнецова была выведена из контрольно-приемного аппарата (КПА) специальная группа по объекту 627.
«Проект 627, заказ 254» — такими шифрами обозначалось в документах строительство советской атомной субмарины. Общее техническое руководство ее строительством осуществлял особый отдел № 12, которым руководил В. И. Вашанцев. 27 июля 1954 года был подписан приказ министра тяжелого и транспортного машиностроения И. И. Носенко о назначении В. И. Вашанцева «главным строителем объекта Перегудова». Рабочие чертежи проекта 627 были разработаны в СКВ-143, которым руководил инженер-капитан 1-го ранга В. Н. Перегудов. В конце 1955 года на заводе начались гидравлические испытания, которые подтвердили прочность конструкции и высокое качество работы. Испытаниями руководила специальная комиссия, созданная совместным решением директора завода Е. П. Егорова и начальника управления кораблестроения ВМФ адмирала Г. Козьмина. После гидравлических испытаний началось самое сложное — монтаж оборудования в реакторном отсеке. В августе 1957 года состоялся спуск на воду первенца атомного подводного судостроения.
Подводная лодка предстала перед ее создателями во всей красоте своего обтекаемого корпуса с идеальной торпедообразной формой носа и плоскими обводами кормы. Наибольшая длина корабля составляла 107,4 метра, ширина — 7,5 метра, средняя осадка — 5 метров. 14 сентября забилось сердце корабля, а 1 июля 1958 года на АПЛ был поднят военно-морской флаг. 17 декабря 1958 года первая советская атомная подводная лодка, получившая тактический номер К-3, а впоследствии и название — «Ленинский комсомол», была принята в опытную эксплуатацию. Это было громадным достижением отечественного подводного кораблестроения! Мы имеем все основания с законной гордостью говорить о том, что Архангельский Север стал колыбелью атомного подводного судостроения.
Многие работники завода за свой труд были удостоены высоких правительственных наград. Директор Севмашпредприятия Е. П. Егоров и слесарь-монтажник Д. Н. Фролов стали Героями Социалистического Труда, а на фронтоне завода засиял первый орден Ленина.
В 1955 году Н. Г. Кузнецов принимает решение по созданию новой гидрооптической техники для подводных лодок и боевых надводных кораблей. По воспоминаниям академика В. М. Ахутина, такого оборудования в то время не было ни у кого в мире.
Адмирал Н. Г. Кузнецов уделял большое внимание будущей подготовке морских кадров для атомных подводных лодок. Многое стало меняться в учебном процессе в Военно-морской академии и Училище подводного плавания имени Ленинского комсомола. К примеру, ранее в Военно-морской академии в учебных планах основное внимание уделялось изучению надводных кораблей. Начальник кафедры А. В. Томашевич от имени коллектива преподавателей обратился напрямую к адмиралу Н. Г. Кузнецову. Министр ВМФ внимательно выслушал А. В. Томашевича и горячо поддержал точку зрения кафедры. А со временем в соответствии с указаниями адмирала Н. Г. Кузнецова в учебные планы и программы академии были внесены изменения. Беседуя с А. В. Томашевичем, Николай Герасимович также ознакомил его с перспективным планом кораблестроения, в котором учитывалось и дальнейшее развитие подводных сил.