Вячеслав Мазуренко, подводник АПЛ К-27, финал которой был печален, в книге воспоминаний «К-27 «Жидкий Металл»» пишет: «К-27 была шестой по счету среди первого поколения подводных атомоходов и первой в СССР и в мире по своей уникальности. Уникальность К-27 состояла в ее ядерном реакторе, который работал на жидкометаллическом теплоносителе. Жидкометаллический теплоноситель был в 50-х годах и остается сегодня чудом и загадкой в науке и технологии. АПЛ К-27 оказалась фактически самым рискованным экспериментом, который приоткрыл путь к решению этой проблемы, но, увы, только приоткрыл».

В отличие от упомянутых американских проектов, использующих классические конструкции корпусов дизель-электрических лодок, корпус К-3 проектировался с нуля с упором на качество подводного хода. Лодка получилась быстроходнее «Наутилуса»: на испытаниях в погруженном состоянии был достигнут ход в 28 узлов без выхода реакторов на полную мощность [124] . Изначально лодка предназначалась для атаки береговых военно-морских баз одиночной термоядерной торпедой очень большого калибра (Т-15), однако, за явной технической несостоятельностью подхода и обнаружившейся бессмысленностью с военной точки зрения, по ходу дела проект был пересмотрен в сторону более традиционного торпедного вооружения с возможностью использования на торпедах ядерных боеголовок.

Проект сильно отличался от предыдущих подлодок не только обводами корпуса и энергетической установкой. Первоначальный проект включал ряд сомнительных решений: лодка не несла оборонительного вооружения, не имела швартовых приспособлений (для маневров на базе предполагался специальный буксир), не имела якорей и аварийных дизель-генераторов. Экипаж готовили и тренировали заранее, часть офицеров была привлечена на стадии проекта, что позволило улучшить эргономику рабочих мест и условия жизни экипажа, устраняя наиболее вопиющие «ляпы» на специально построенных деревянных макетах. Впоследствии качественный подбор и тренировка экипажа на специально построенных стендах (в том числе и стенде атомной силовой установки на учебной базе в Обнинске) помогли начать службу лодки, которая вышла с завода «сырая», со множеством недоработок и проблем. Фактически, лодка оказалась опытовой [125] .

Лодка была заложена 24 сентября 1955 года в Северодвинске, на заводе № 402 (ныне «Севмаш»), заводской № 254. В августе 1955 года командиром лодки назначен капитан 1-го ранга Л. Г. Осипенко.

Реакторы пущены в сентябре 1957 года, спущена на воду 9 октября 1957 года. Вступила в строй (поднят флаг ВМФ) 1 июля 1958 года, 4 июля 1958 года впервые в СССР дала ход под атомной силовой установкой, 17 декабря 1958 года принята у промышленности под гарантию устранения недостатков.

Параллельно, с заметным отставанием, проектировалась и строилась требуемая для поддержки АПЛ новая береговая инфраструктура.

12 марта 1959 года вошла в состав 206-й отдельной БрПЛ с базированием на Северодвинск.

В 1961 году – первая боевая служба в Атлантическом океане. В июле 1962 года впервые в истории Советского Военно-Морского Флота она совершила длительный поход подо льдами Северного Ледовитого океана, во время которого дважды прошла точку Северного полюса. Под командованием Льва Михайловича Жильцова 17 июля 1962 года впервые в истории советского подводного флота всплыла около Северного полюса. Экипаж корабля недалеко от полюса во льдах Центральной Арктики водрузил Государственный флаг СССР.

После возвращения в базу в Йоканьге, лодку на пирсе встречали Н. С. Хрущев и министр обороны Р. Я. Малиновский. Руководителю похода контр-адмиралу А. И. Петелину, командиру корабля капитану 2 ранга Л. М. Жильцову и командиру БЧ-5 (силовая установка) капитану 2 ранга инженеру Р. А. Тимофееву присвоено звание Героя Советского Союза. Весь личный состав корабля был награжден орденами и медалями. В книге Осипенко и Жильцов «Атомная подводная эпопея» авторы упоминают о том, что присвоение звания Героев, в тот момент, было исключительной и неожиданной честью, так как после Великой Отечественной войны звание Героя получили только космонавты.

Так как лодка была принципиальной новой, к тому же проектировалась и строилась в большой спешке, она практически постоянно требовала ремонтов, доделок и переделок, что скрывалось под словами «опытная эксплуатация». В первые годы службы и походе на полюс, поддержание лодки, часто фактически аварийной, в рабочем состоянии обеспечивалось, в том числе, и силами весьма квалифицированного экипажа, способного выполнять сложные ремонты самостоятельно.

Слабым местом лодки были неудачно спроектированные и изготовленные парогенераторы, в которых постоянно возникали микроскопические трещины и утечки воды в первом (радиоактивном) контуре. Их фактический ресурс составлял примерно 3000 часов, после чего риск опасной течи сильно возрастал. Сказывалось и большое количество сварных швов, оставшихся из-за переделок. По этой причине, переоблучение экипажа было нередким, однако оно считалось неизбежным злом для столь революционно нового корабля. Для снижения дозы облучения, получаемой экипажем в «грязных» отсеках, в подводном положении практиковалось периодическое перемешивание воздуха между отсеками для более равномерного распределения загрязнения, и, соответственно, доз по экипажу в целом. Лучевая болезнь и ее последствия среди членов экипажа были почти обычным делом.

8 сентября 1967 года произошел пожар в I и II отсеках при нахождении на боевом дежурстве в Норвежском море, погибло 39 человек. Но лодка самостоятельно вернулась в базу. Вероятной причиной аварии была несанкционированная замена уплотнительной прокладки в штуцере гидравлической машинки [126] . Возникла утечка, вытекшая гидравлическая жидкость не была собрана полностью, ее остатки воспламенились.

В 1991 году выведена из состава Северного флота. Потом по решению Морской коллегии при правительстве РФ под председательством министра транспорта Игоря Сергеевича Ливитина первая советская атомная подводная лодка должна быть переоборудована в музей [127] . В КБ «Малахит» разработан проект переоборудования в плавучий музей.